近日，中国热科院生物所热带作物功能基因组学团队在橡胶树橡胶生物合成和遗传转化研究方面取得新进展。团队首次证实了橡胶树割胶乳管细胞排出的胶乳中存在线粒体，探明了在重复割胶过程中乳管细胞中线粒体丰度的动态变化规律，揭示了线粒体在胶乳合成中起重要作用，同时建立了愈伤组织模型的橡胶树基因功能验证新体系，对促进橡胶树功能基因组学研究具有重要意义。

　　天然橡胶是四大工业原料之一，是重要的战略物资。橡胶树是商品化天然橡胶的唯一来源。天然橡胶生物合成发生在橡胶树乳管细胞中，人们通过定期开割橡胶树树皮来获取天然橡胶。天然橡胶生物合成是个高度消耗能量的过程。线粒体作为细胞的“动力工厂”，在天然橡胶合成过程中，尤其是在乳胶再生过程中，对能量的产生至关重要。它们还在提供乙酰辅酶A（acetyl-CoA）方面发挥关键作用，而乙酰辅酶A是橡胶生物合成合成途径-甲羟戊酸（MVA）途径的关键前体。探明橡胶树割胶过程中胶乳的线粒体丰度变化规律，对提高橡胶产量具有重要意义。但是，传统的橡胶树遗传转化体系存在基因型依赖、周期长和转化率低的缺点，制约了橡胶树功能基因组学的研究进展。

图1.MitoTracker Green FM荧光染色显示橡胶树乳管排出的胶乳中存在线粒体

　　研究团队通过分子生物学和荧光显微技术证实橡胶树割胶排出的胶乳中存在线粒体（图1）；对胶乳中线粒体进行定量研究表明，每个乳管细胞在每次割胶中会损失约113个线粒体。进一步分析割胶过程中胶乳线粒体的丰度变化，发现首次开割时刚排出的胶乳中线粒体丰度最高，随着排胶时间的延伸，胶乳中线粒体丰度逐渐下降，在排胶至5分钟时下降30%，在排胶到最后下降40%。在3天后进行第二次割胶时发现刚排出的胶乳中线粒体丰度出现反弹现象，为首次割胶的1.4倍，随着排胶时间的延伸胶乳中线粒体丰度同样呈下降趋势。在随后的割胶过程中，胶乳中线粒体丰度呈现相同的变化趋势（图2）。研究表明割胶能促进乳管细胞中线粒体的增殖，乳管细胞在割胶中缺乏保护机制来防止线粒体外流。因此胶乳再生不仅涉及至天然橡胶再生，同时也涉及到细胞器的恢复。

图2.橡胶树重复割胶过程中胶乳线粒体的丰度变化

　　此外，团队在前期研究中发现橡胶树愈伤组织中存在乳管细胞，在此基础上建立了愈伤组织模型的橡胶树基因功能验证体系，具体流程如下（图3）：1.首先从橡胶树嫩茎中诱导出愈伤组织；2.通过在培养基中添加JA等激素来诱导出大量的乳管细胞；3.构建好含有乳管细胞特异表达启动子、筛选标记基因（如卡那霉素抗性基因）及目的基因的载体，将该载体导入农杆菌中；4.农杆菌侵染含有大量乳管细胞的愈伤组织，再经共培养、抑菌、筛选处理后，获得转基因的乳管细胞；5.对转基因乳管细胞进行功能验证。该体系不需要获得转基因植株，具有周期短、效率高和操作简单的优势。

图3.愈伤组织模型的橡胶树基因功能验证体系的操作流程

　　研究成果以《Loss and recovery dynamics of mitochondria in laticifer vessels of the rubber tree under repeated latex harvesting》为题发表《Plant Journal》，中国热科院生物所联培硕士研究生Juthathip Thawinampan、中国热科院生物所谭德冠研究员、华中农业大学联培硕士生Natthanita Phaosricharoen为论文共同第一作者，中国热科院生物所张家明研究员为论文通讯作者；以《A high efficient callus model to analyze gene functions: HbSRPP1 may play a role in the elongation of cis-1,4-polyisoprene in the rubber tree》为题发表在《Industrial Crops and Products》，中国热科院生物所谭德冠研究员、中国热科院生物所联培硕士研究生郭子晗为论文共同第一作者，中国热科院生物所张家明研究员为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、热带作物生物育种全国重点实验室项目、海南省重点研发三亚崖州湾科技城科技创新联合项目、海南省自然科学基金等项目的资助。

　　文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.70427  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926669025000081