热带作物学报

作者：张妍冰, 王曦奥, 黄丽芳, 吉训志, 方晓峰, 闫林, 胡丽松, 廖振阳

单位： 中国热带农业科学院香料饮料研究所/农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室/咖啡海南省工程研究中心/热带香料饮料国际联合研究中心，海南万宁 571533, 中国热带农业科学院三亚研究院/热带作物生物育种全国重点实验室，海南三亚 572024

关键词：咖啡,NMT基因家族,WGCNA,果实发育

基金：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1630142024017),国家热带植物种质资源库(NTPGRC2025-014),国家木薯产业技术体系专项(CARS-11-HNYL)

咖啡作为全球范围内重要的经济作物之一，广泛种植于热带和亚热带地区，是众多国家和地区的经济收入来源。咖啡因（1,3,7-三甲基黄嘌呤）是咖啡豆的主要次生代谢产物，不仅赋予咖啡独特的苦涩风味和提神功效，还发挥多重生物学功能。其中，N-甲基转移酶（NMT）基因家族在咖啡因生物合成途径中发挥关键作用。因此，系统鉴定咖啡NMT基因家族成员并解析其在不同发育时期的表达模式，对于探究咖啡因代谢、优化咖啡品质及抗逆育种具有重要意义。本研究在异源四倍体小粒种咖啡中共鉴定到27个NMT家族基因，其中C亚基因组14个基因，E亚基因组13个基因，分布在10条染色体上。基因结构显示，成员之间基序组成较为相似，但内含子排列和数量有差异。顺式作用元件分析发现，小粒种咖啡CaNMT基因启动子区富含多种顺式作用元件，涉及光应答、胁迫响应和激素信号转导，并包含MYB、MYC和W-box等转录因子结合位点。进一步通过转录组分析发现小粒种咖啡果实发育过程中基因呈现动态表达，果实变色期差异表达基因数目最多（14 703个），而果实膨大期数量最少（4419个）。小粒种咖啡NMT家族基因在果实不同发育时期及不同组织中也表现出明显的动态与特异性。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建12个共表达模块，ivory、coral1和darkolivegreen模块分别富集环境应激与蛋白折叠、能量代谢、核酸代谢相关通路。核心基因网络阐明了CaNMT基因在咖啡因代谢、应激响应及发育调控中的关键作用。本研究系统鉴定了异源四倍体小粒种咖啡NMT家族基因，并研究了该家族在不同果实发育时期的表达模式，阐明了不同基因的功能，为咖啡育种提供理论依据。

来源：2025年第12期

《热带作物学报》期刊编辑部

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