本研究通过代谢物全基因组关联分析（mGWAS），在药用菊花中鉴定到一个与关键黄酮苷元（芹菜素）含量自然变异显著相关的位点，并从中锁定了一个鼠李糖合成酶基因CiRHM1。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除CiRHM1后，突变体花朵中的鼠李糖和UDP-鼠李糖含量显著降低，而多种黄酮苷元（如芹菜素、木犀草素等）的含量则显著提高。这表明CiRHM1通过调控鼠李糖的供应，影响了黄酮的糖基化进程，其功能缺失有助于黄酮苷元的积累。该研究不仅揭示了CiRHM1调控菊花黄酮苷元生物合成的新机制，还通过基因编辑创制了高黄酮苷元含量的菊花新种质。

1题目

文章题目：Identification and knockout of rhamnose synthase CiRHM1 enhances accumulation of flavone aglycones in chrysanthemum flower

发文单位：北京市农林科学院、中国农业大学、北京市农林科学院，农产品加工与营养研究所

研究对象：药用植物菊花 (Chrysanthemum indicum L.)

研究领域：植物生物技术与代谢工程领域，具体涉及植物次生代谢（黄酮类化合物生物合成）的遗传调控与基因编辑

2杂志

Plant Biotechnology Journal； IF=10.5分

3链接

Luo, C., Luo, J., Han, M., Song, Z., Sun, Y., Wang, Y., Zhao, Y., Huang, C., Gao, J., Hong, B., & Ma, C. (2025). Identification and knockout of rhamnose synthase CiRHM1 enhances accumulation of flavone aglycones in chrysanthemum flower. Plant Biotechnology Journal, 23(1), 1002-1004. https://doi.org/10.1111/pbi.14556

4检测方法

Norminkoda提供了黄酮相关物质靶向检测

5主要内容

科学问题：黄酮类化合物多以糖苷形式存在，但其苷元形式具有更强的抗氧化活性和生物利用度。如何提高作物中黄酮苷元的含量是一个重要的科学问题。

1. 研究思路：

• 收集了来自中国不同地区的菊花生态型，并利用UPLC-MS测定了其花朵中主要活性黄酮——芹菜素的含量。

• 基于芹菜素含量的自然变异，对72个生态型进行了mGWAS分析，定位到两个显著关联位点。

• 在2号染色体的关联区间内，发现CiRHM1（鼠李糖合成酶1）的表达量与芹菜素含量呈显著负相关，因此将其选为候选基因。

• 利用CRISPR/Cas9系统成功敲除了菊花中的CiRHM1基因，获得突变体。

1. 实验验证：

• 证实CiRHM1敲除后，花朵中L-鼠李糖和UDP-鼠李糖含量显著下降，而海藻糖、葡萄糖和蔗糖含量升高，验证了CiRHM1的酶学功能。

• 代谢物分析发现，突变体中黄酮鼠李糖苷含量降低，而多种黄酮苷元（芹菜素、木犀草素等）以及黄酮葡萄糖苷的含量显著升高。

9. 主要结论

1. 机制层面：CiRHM1是菊花中黄酮苷元积累的关键负调控因子。它通过合成UDP-鼠李糖，为黄酮的鼠李糖基化反应提供底物，从而促进黄酮苷元被糖基化修饰。敲除CiRHM1会阻断这一糖基化途径，导致苷元积累。

2. 应用层面：成功利用基因编辑技术创制了黄酮苷元含量显著提高的菊花新种质，为培育高营养、高保健价值的菊花品种提供了重要的基因资源和材料。

6总结

这篇文章是一篇典型的“从自然变异到功能验证再到应用创制”的完整研究，体现了现代植物生物技术的经典范式。

1.研究策略的创新性：研究没有从已知的合成酶入手，而是利用mGWAS从菊花丰富的自然变异中直接挖掘调控目标性状（芹菜素含量）的关键基因，这种方法能更有效地发现作物自身优异性状的遗传基础。

2.机制阐释的清晰性：研究逻辑链条完整。从mGWAS定位到候选基因，到基因表达与表型的负相关性，再到基因敲除后直接导致底物（UDP-鼠李糖）减少和最终产物（黄酮苷元）增加，清晰地证明了CiRHM1通过控制糖基化前体供应来间接调控黄酮苷元积累的分子机制。这是一种“分流”调控思路，即减少苷元被糖基化“消耗”的途径，使其得以积累。

3.研究成果的应用价值：该研究不仅具有理论意义，其应用导向非常明确。黄酮苷元具有更高的生物活性，因此提高其含量能直接提升菊花的药用和保健价值。通过基因编辑精准敲除CiRHM1，实现了对代谢流的定向改造，创制的新种质对于菊花的功能性育种具有直接贡献。

4.文档未详述但值得延伸的点：研究中也提到了另一个关联基因CiTPS1（海藻糖-6-磷酸合酶1），但其表达与芹菜素含量无关，这提示该位点的关联信号可能主要来自CiRHM1，或CiTPS1通过更复杂的途径发挥作用。此外，突变体植株高度降低的表型，暗示鼠李糖代谢可能也影响了菊花其他的生长发育过程，这为后续研究提供了有趣的方向。

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