Lineage-specific Emergence and Multi-layered Regulation of Limonoid Biosynthesis in Citrus

柠檬酸 生物 柠檬苦素 生物合成 生物化学 转录组 次生代谢 天然产物 代谢途径 保健品 基因 咖啡 代谢工程 新陈代谢 激发子 萜烯 激活剂(遗传学) 信息化学 下调和上调
作者
Zexin Wang,Jingxuan Xiong,Shengjun Liu,Xiaoyu Tian,Yun Liu,Xiaozhou Luo,Zongzhou Xie,Lijun Chai,Juan Xu,Qiang Xu,Junli Ye,Xiongjie Zheng,Xiuxin Deng
出处
期刊:Plant communications [Elsevier BV]
卷期号:: 102166-102166
标识
DOI:10.1016/j.xplc.2026.102166
摘要

Limonoids are triterpenoid phytochemicals that contribute to delayed bitterness in citrus fruit, enhance pest resistance, and exhibit a wide range of bioactivities with nutraceutical and agrochemical potential. Despite their importance, the genetic and regulatory basis underlying limonoid biosynthesis in citrus remains poorly understood. Here, by integrating targeted metabolite profiling across 134 citrus and related accessions with comparative genomic analyses of 12 representative species from the orange subfamily (Aurantioideae), we show that the emergence of limonin, nomilin, and obacunone correlates with the citrus-specific acquisition of three downstream biosynthetic genes, CYP88A51, CYP716AC1, and limonoid furan synthase (LFS), while the upstream oxidosqualene cyclase 1 (OSC1) remains conserved across lineages. We further identify CsbHLH92 as a key transcriptional activator that directly regulates these genes, and its overexpression led to dramatic increases in limonin and nomilin levels. Moreover, CsbHLH92 activity is attenuated by CsMPK7-mediated phosphorylation, contributing to the downregulation of limonoid biosynthesis during leaf senescence, when senescing leaves are generally less preferred by insect pests. Together, our findings uncover how lineage-specific gene emergence and multi-layered regulation collectively shape the specialized metabolism of limonoids in citrus. These insights provide metabolic engineering targets for improving citrus flavor, enhancing pest resistance, and boosting the production of high-value bioactive compounds.

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