研究背景

天然橡胶是重要的工业原料，广泛的应用于农业、工业、医疗卫生和交通运输等。当前橡胶树、橡胶草、莴苣和银胶菊被发现能够生产高质量的天然橡胶。随着基因组测序技术的不断发展，基因组学研究发现不同种类的产胶植物具有相似的天然橡胶生物合成途径。它们都是通过一类特殊的细胞器 (橡胶粒子) 来合成和储存橡胶烃。海南大学产胶生物学团队详细总结了几种产胶植物基因组测序的研究进展，归纳了橡胶转移酶复合体以及天然橡胶生物合成调控的最新研究进展；提出鉴定完整的橡胶转移酶复合体组分，对理解天然橡胶生物合成机制和促进产胶植物分子育种具有重要意义。相关内容已在 Current Issues in Molecular Biology (CIMB) 期刊发表。

主要内容

• 产胶植物基因组测序研究进展

表1总结了产胶植物的基因组测序研究进展。随着测序技术的飞速发展，目前已经报道了7个版本的橡胶树基因组信息。2020年以来，科研人员已组装完成了3个达到染色体组装水平的基因组，包括栽培品种CATAS8-79、野生种质MT/VB/25A 57/8和初生无性系品种GT1。这些较为完整的橡胶树基因组信息，为橡胶树的产胶生物学研究提供了坚实基础。此外，科研人员也对橡胶草完成了两次测序和组装，进而获得了染色体水平的基因组信息。然而对于莴苣和银胶菊，仅有较为有限的基因组信息可以使用，仍需进一步完善。

表1. 橡胶植物基因组测序研究进展

• 天然橡胶生物合成和调控的研究进展

如图1所示，天然橡胶的生物合成发生在乳管细胞的细胞质中，大致可以分为两个阶段。第一阶段为异戊烯基焦磷酸 (IPP) 的生物合成以及天然橡胶起始分子 (GPP、FPP和GGPP) 的合成。IPP在乳管细胞中主要通过细胞质中的MVA和质体中的MEP途径合成，然后IPP在异构酶的催化下合成DMAPP，进而在戊烯基焦磷酸合成酶 (GPS、FPS和GGPS) 的催化下进一步合成橡胶烃起始分子GPP、FPP和GGPP。第二阶段为在胶粒子表面催化起始分子和IPP进行聚合形成长链橡胶烃。已有研究发现的橡胶转移酶复合体有CPT、CPTL、REF和SRPP，其组成的橡胶转移酶复合体催化IPP缩聚在起始分子后形成长链橡胶烃，并存储在橡胶粒子内部。在不同的产胶植物中都发现了橡胶转移酶复合体的主要组成成分，它们多表现为部分影响天然橡胶的生物合成和产量。

图1. 天然橡胶生物合成示意图

研究展望

当前，橡胶树仍是最重要的产胶植物之一，进一步探索橡胶树基因组学和橡胶生物合成通路有助于加速橡胶树的分子育种。然而，仅有有限的橡胶转移酶复合体组分被鉴定，以及体外酶活和转基因试验表明这些复合体组分相互组合并没有催化天然橡胶生物合成的能力，表明仍有未知的组分参与天然橡胶的生物合成。而橡胶草、莴苣和银胶菊等产胶植物的开发，将有利于我们通过同源比对分析，遗传转化和生化试验等探索橡胶转移酶复合体的全貌，加速关键调控组分的鉴定，为提高天然橡胶产量和产胶植物的高产分子育种提供新思路和新见解。

阅读英文原文

Tan, Y.; Cao, J.; Tang, C.; Liu, K. Advances in Genome Sequencing and Natural Rubber Biosynthesis in Rubber-Producing Plants. Curr. Issues Mol. Biol. 2023, 45, 9342-9353.https://www.mdpi.com/1467-3045/45/12/585

CIMB 期刊介绍

主编：Madhav Bhatia, University of Otago, New Zealand

期刊主题涵盖生物化学、分子和细胞生物学、分子生物物理学、分子医学， 以及化学分子研究的各个方面。

2023 Impact Factor：2.8  

2023 CiteScore：2.9

Time to First Decision：13.5 Days

Time to Publication：38 Days