藥食同源的陳皮有陳皮和廣陳皮之分

廣陳皮又以新會陳皮最為聞名及道地

新會陳皮產(chǎn)于廣東省江門市新會區(qū)，

是中國藥典指定的廣陳皮道地藥材。

廣陳皮道地性究竟是如何產(chǎn)生的?

讓我們一探究竟!

2023年3月28日，華南農(nóng)業(yè)大學與華大生命科學研究院合作在國際學術期刊Microbiome發(fā)表了題為“Soil conditions and the plant microbiome boost the accumulation of monoterpenes in the fruit of Citrus reticulata ‘Chachi”的研究論文，該研究揭示了廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境以及微生物組成促進廣陳皮活性成分單萜合成和積累的生物學機制。

研究結果速遞

1、7種單萜(β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-萜品烯等)成分含量在道地產(chǎn)區(qū)顯著高于非道地產(chǎn)區(qū)。這些單萜成分具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗腫瘤的功效，是廣陳皮中的重要的活性成分。

2、萜類合成相關的基因、鹽脅迫相關基因以及免疫反應相關的基因在道地產(chǎn)區(qū)高表達，且這些高表達的基因與7種單帖成分的含量呈現(xiàn)顯著正相關;說明這些基因的表達可能影響道地產(chǎn)區(qū)單萜成分的積累。

3、道地產(chǎn)區(qū)根樣本中生物和非生物脅迫反應相關的基因數(shù)量比非道地產(chǎn)區(qū)的更多，說明道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)土壤中的生物(如微生物組成)和非生物環(huán)境(土壤養(yǎng)分)條件可能不同。

4、道地產(chǎn)區(qū)土壤中具有較高的營養(yǎng)元素和鹽度。道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境(如高鹽、Mg、Mn和K)通過促進植物鹽脅迫響應基因的表達和萜烯骨架合成酶活性，促進了單萜類合成與積累。

5、在道地產(chǎn)區(qū)富集的根際土壤中，有大量微生物基因組中存在大量耐鹽相關的基因和萜類合成相關的基因，說明這些微生物具備耐鹽的特性，且具備合成萜類化合物的潛能。

其中，來自根際土壤中的鏈霉菌Strep-4能夠通過誘導植物的系統(tǒng)性抗性來促進茶枝柑活性成分單萜的合成和積累。同時加入一株根內(nèi)共生的沙雷氏菌Serra-11可以進一步增強鏈霉菌Strep-4的效果。

沙雷氏菌Serra-11具備合成單萜的潛能，可以直接進入根內(nèi)合成單帖的前體物質(zhì)，從而進一步增強單萜的積累。

這些研究表明

根際土壤和內(nèi)共生細菌通過觸發(fā)植物免疫反應或為植物提供單萜合成中間產(chǎn)物共同促進了茶枝柑果實中單萜類化合物的積累。

6、廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)「新會」，位于海水與江水的交匯處——西江支流、潭江、銀洲湖出?？谌粎R處，形成獨有的“三水融通”“咸淡相交”水土特色，其豐富營養(yǎng)元素和海水鹽類成就了新會土壤高營養(yǎng)和高鹽度的特殊環(huán)境，同時引入了大量耐鹽脅迫的微生物類群，這些環(huán)境因子進而造就了新會陳皮特殊的品質(zhì)。

研究詳情

研究采集來自道地產(chǎn)區(qū)(廣東新會)和非道地產(chǎn)區(qū)(廣東惠州、臺山和廣西玉林)等7個果園中的土壤、根系微生物以及根、葉、果樣本，采用多組學方法系統(tǒng)性地挖掘“土壤養(yǎng)分-根系微生物-廣陳皮品質(zhì)成分”的內(nèi)在關聯(lián)機制，從植物基因表達、土壤養(yǎng)分和根系微生物組三個維度對廣陳皮品質(zhì)形成的機理進行研究。

01

道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)茶枝柑果實中的揮發(fā)油成分差異

通代謝組檢測發(fā)現(xiàn)，在茶枝柑果皮中存在18種不同類型的揮發(fā)油成分。其中7種單萜(包含β-月桂烯、α-蒎烯、β-蒎烯、α-萜品烯等)成分的含量在道地產(chǎn)區(qū)顯著高于非道地產(chǎn)區(qū)。果皮中的這些單萜成分具有抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗腫瘤的功效，是廣陳皮中的重要的活性成分，可以作為廣陳皮原材料質(zhì)量評價的指標。

道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)茶枝柑果皮中揮發(fā)油成分的區(qū)別

02

相同品種不同種植區(qū)域，茶枝柑基因表達有哪些不同?

通過檢測根、葉、果實中的基因轉(zhuǎn)錄差異發(fā)現(xiàn)，

萜類合成相關的基因、鹽脅迫相關基因以及免疫反應相關的基因在道地產(chǎn)區(qū)高表達，且這些高表達的基因與7種單帖成分的含量呈現(xiàn)顯著正相關。說明這些基因的表達可能影響道地產(chǎn)區(qū)單萜成分的積累。

另外，道地產(chǎn)區(qū)根樣本中生物和非生物脅迫反應相關的基因數(shù)量比非道地產(chǎn)區(qū)的更多，說明道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)土壤中的生物(如微生物組成)和非生物環(huán)境(土壤養(yǎng)分)條件可能不同。

道地產(chǎn)區(qū)根系高表達基因與7種單萜成分呈現(xiàn)顯著正相關

03

土壤養(yǎng)分如何影響茶枝柑品質(zhì)成分的合成和積累?

土壤養(yǎng)分與中藥植物次生代謝物產(chǎn)物的形成和積累相關，另外逆境脅迫也會提高植物次生代謝產(chǎn)物的合成。研究者通過檢測道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)的土壤理化性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)土壤中具有較高的營養(yǎng)元素和鹽度。通過將道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤養(yǎng)分與根系高表達的基因的進行關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)特殊的土壤環(huán)境(如高鹽、Mg、Mn和K)通過促進植物鹽脅迫響應基因的表達和萜烯骨架合成酶活性，促進了單萜類合成與積累。

04

根系微生物組成調(diào)節(jié)茶枝柑品質(zhì)成分合成和積累的生物學機制?

根系微生物組成可以調(diào)節(jié)植物營養(yǎng)吸收，幫助植物抵御逆境脅迫，影響藥用植物功效成分的合成。研究者通過擴增子和宏基因組測序分別檢測根際和根內(nèi)微生物的物種組成和功能組成發(fā)現(xiàn)，道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)的根際土壤和根內(nèi)微生物組成存在顯著差異。

在道地產(chǎn)區(qū)富集的根際土壤中有大量微生物基因組中存在大量耐鹽相關的基因和萜類合成相關的基因，說明這些微生物具備耐鹽的特性，且具備合成萜類化合物的潛能。通過將微生物組成與單萜成分進行關聯(lián)分析，鑒定出了與單萜含量顯著相關的根際和根內(nèi)微生物類群。

合成菌群接種試驗證實道地產(chǎn)區(qū)特有耐鹽微生物促進了茶枝柑單萜合成

通過分離根際和根內(nèi)微生物菌株，合成菌群實驗證實來自根際土壤中的鏈霉菌Strep-4能夠通過誘導植物的系統(tǒng)性抗性來促進茶枝柑活性成分單萜的合成和積累。同時，加入一株根內(nèi)共生的沙雷氏菌Serra-11可以進一步增強鏈霉菌Strep-4的效果?；蚪M測序發(fā)現(xiàn)沙雷氏菌Serra-11具備合成單萜的潛能，可以直接進入根內(nèi)合成單帖的前體物質(zhì)，從而進一步增強單萜的積累。這些研究表明根際土壤和內(nèi)共生細菌通過觸發(fā)植物免疫反應或為植物提供單萜合成中間產(chǎn)物共同促進了茶枝柑果實中單萜類化合物的積累。

05

特殊的土壤環(huán)境和微生物類群源自哪里?

廣陳皮道地產(chǎn)區(qū)新會，位于海水與江水的交匯之處(西江支流、潭江、銀洲湖出?？谌粎R之處)。每年汛期西江會將云貴高原的土壤元素帶到銀洲湖，與潭江水交匯，在南海海潮倒灌時形成獨有的“三水融通”“咸淡相交”水土特色，其豐富營養(yǎng)元素和海水鹽類成就了新會土壤高營養(yǎng)和高鹽度的特殊環(huán)境，同時引入了大量耐鹽脅迫的微生物類群，這些環(huán)境因子進而造就了新會陳皮特殊的品質(zhì)。

通過宏基因組學研究根系微生物組的結構和功能，與植物的表型進行關聯(lián)分析，可以科學地發(fā)現(xiàn)與植物的生長、產(chǎn)量，品質(zhì)以及抗病有關的微生物類群，同時發(fā)現(xiàn)大量具有潛在應用價值微生物的物種類群和基因資源。研究者從“土壤養(yǎng)分-根系微生物-植物基因調(diào)控模式”三個維度系統(tǒng)性研究廣陳皮功效成分(萜烯類)高效合成的關聯(lián)調(diào)控機制。

內(nèi)容整理自： BioArt植物