近日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與華大生命科學(xué)研究院合作在國際學(xué)術(shù)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，該研究通過植物轉(zhuǎn)錄組、代謝組以及宏基因組等多組學(xué)方法聯(lián)合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(xué)機制，揭示了新會陳皮“道地性”的成因。

該成果在解析廣陳皮道地性形成機制上取得了理論突破，為中藥材后續(xù)的菌肥開發(fā)、有益微生物分離、品質(zhì)提升提供了科學(xué)依據(jù)，也為廣陳皮中藥材產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了重要保障。

圖源丨Microbiome期刊官網(wǎng)

科學(xué)闡述新會陳皮“道地性”的成因

廣陳皮特指種植于廣東新會地區(qū)的蕓香科柑橘屬茶枝柑(Citrus reticulate ‘Chachi’) 的果實的果皮，是廣東省首批立法保護的八大嶺南中藥之一。其中，黃酮類和萜烯類化合物是廣陳皮中重要的兩大類功效成分，在廣陳皮的品質(zhì)評定和臨床療效中起著重要作用，其含量可作為評價陳皮是否“道地”（即高品質(zhì)的正宗商品）的重要指標(biāo)之一。

本研究采集道地產(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個果園的樣本，采用多組學(xué)方法，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)地研究了廣陳皮功效成分——單萜合成的關(guān)聯(lián)調(diào)控機制，揭示了新會陳皮“道地性”的成因。

茶枝柑樣本采集示意圖

Q1. 道地產(chǎn)區(qū)和非道地產(chǎn)區(qū)茶枝柑果實中的揮發(fā)油成分有哪些差異？

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(biāo)。

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

Q2. 相同的品種，不同種植區(qū)域，茶枝柑基因表達會有哪些不同？

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(guān)的基因、鹽脅迫相關(guān)基因以及免疫反應(yīng)相關(guān)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(guān)。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(yīng)相關(guān)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(guān)

Q3. 土壤養(yǎng)分如何影響茶枝柑有效成分的合成與積累？

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(guān)，另外逆境脅迫也會提高植物次生代謝產(chǎn)物的合成。通過對比實驗，團隊發(fā)現(xiàn)新會地區(qū)的土壤中具有較高的營養(yǎng)元素和鹽度。通過進一步將土壤養(yǎng)分與根系高表達的基因進行關(guān)聯(lián)分析，科研人員發(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(yīng)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。

Q4.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(xué)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。研究團隊在新會產(chǎn)區(qū)的根際土壤中，發(fā)現(xiàn)大量微生物的基因組中存在與耐鹽、萜類合成的相關(guān)基因，這說明根系微生物具備耐鹽特性，且具備合成萜類化合物的潛能。

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

通過關(guān)聯(lián)分析，科研人員鑒定出與單萜含量顯著相關(guān)的根際和根內(nèi)微生物類群。通過合成群落（SynCom）實驗進一步證實，根際土壤中的鏈霉菌Strep-4通過與宿主免疫系統(tǒng)相互作用，激活萜烯合成并促進單萜積累。而來自具有萜烯合成潛力的根內(nèi)生菌可能通過提供單萜前體來增強茶枝柑中單萜的積累。這些研究表明根際土壤和內(nèi)共生細(xì)菌通過觸發(fā)植物免疫反應(yīng)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。

土壤化學(xué)性質(zhì)和微生物介導(dǎo)的對單萜積累的影響

Q5.特殊的土壤環(huán)境和微生物類群源自哪里？

正所謂：“一方水土養(yǎng)一方陳韻”，從地理上看，廣陳皮的道地產(chǎn)區(qū)新會地處珠江三角洲西南部的銀洲湖畔，正是西江支流、潭江、銀洲湖出?？诘慕粎R之處，由此形成獨有的“三水融通”“咸淡相交”的水土特色，決定了新會土壤兼?zhèn)湄S富水分、沉積機質(zhì)和海水鹽類成等質(zhì)量道地性物質(zhì)來源，同時引入了大量耐鹽脅迫的微生物類群，造就了新會陳皮獨一無二的產(chǎn)品品質(zhì)。

新會陳皮·實至名歸的品質(zhì)王者

道地性指藥材的質(zhì)量價值對產(chǎn)地自然和人文環(huán)境的依賴，是古代藥物標(biāo)準(zhǔn)化的概念，是傳統(tǒng)優(yōu)質(zhì)中藥材的代名詞， 素有“非道地藥材不處方，非道地藥材不經(jīng)營”的說法。而隨著大健康產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，全國陳皮市場仍處于藍(lán)海階段，不少資本都想要入場來分一杯羹，“其他產(chǎn)區(qū)的陳皮與新會陳皮的功效一樣”、“異地種植的新會茶枝柑制成的陳皮價值一樣”等諸多枉顧道地藥材的質(zhì)優(yōu)效佳的說法層出不窮。

事實上，新會陳皮品質(zhì)之優(yōu)并不是新會人民的自夸，而是古往今來經(jīng)眾多名醫(yī)、典籍認(rèn)可。

明《雷公炮制藥性解》李中梓：產(chǎn)廣中，陳久者良；

清《廣州府志》張嗣衍等：橘皮入藥以廣陳皮為貴，出新會者最良；

清《植物名實圖考》吳其濬: 今以廣東新會者為天下冠；

民國《藥物出產(chǎn)辨》陳仁山：陳皮，產(chǎn)廣東新會為最，四會、潮州、四川所產(chǎn)者，俱不適用；
此次，華農(nóng)與華大研究院這一科研合作成果，在解析廣陳皮道地性形成機制上取得了理論突破，為中藥材道地性評價提供了全新思路，也為新會陳皮的道地性品質(zhì)提供了有力的科學(xué)佐證。

據(jù)官網(wǎng)資料顯示，上述研究工作得到了嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室科研項、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目、廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新團隊專項資金和“十四五”廣東省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新十大主攻方向“揭榜掛帥”項目的資助，可見其科研成果具備相當(dāng)?shù)臋?quán)威性和應(yīng)用前景，對新會陳皮的道地溯源體系而言，也有一定的積極作用。

文章參考:
1.新會陳皮因何成為品質(zhì)王者？華大聯(lián)合華農(nóng)揭示背后科學(xué)機理——今日頭條 華大集團BGI
2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與華大生命科學(xué)研究院合作利用多組學(xué)技術(shù)揭示中藥材廣陳皮道地性形成機制——BioArt植物
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