基因解密 + 数据支撑：诺丽（海巴戟）莨菪亭的健康潜力与市场新机遇

导语

后疫情时代，消费者对天然功能性健康产品的需求持续飙升，“成分明确、功效可溯、数据支撑” 成为市场选择的核心标准。海巴戟（俗称诺丽）作为新兴热带功能性植物，其含有的莨菪亭等活性成分因多重健康价值备受关注，但长期以来，莨菪亭的累积机制与高效利用问题制约着产业升级。为破解这一行业痛点，西南林业大学团队开展了 “4CL 基因在海巴戟叶片莨菪亭累积过程中的功能研究”，通过分子生物学与生物化学手段，明确了莨菪亭的累积规律、关键调控基因及诱导条件，为诺丽功能性产品的精准开发、品质控制提供了科学依据，也为天然健康产业注入了新的技术动能。

一、文献引用

题目：4CL基因在海巴戟叶片莨菪亭累积过程中的功能研究

作者：宫树森，杨霏，王青芬，杨自云，吴田 *

单位：西南林业大学园林园艺学院 / 国家林业和草原局西南风景园林工程技术研究中心 / 云南省功能性花卉资源及产业化技术工程研究中心，云南昆明 650224

摘要：为明确海巴戟叶片中莨菪亭累积规律，探究 4CL 基因在其累积过程中起到的作用，利用高效液相色谱仪对离体的海巴戟成熟叶 0～48 h 内莨菪亭含量进行测定，并测定经不同浓度的阿魏酸处理后莨菪亭含量的变化。以阿魏酸为底物，利用紫外分光光度计进行酶活反应的 4CL 总酶活性测定。对 RNA-seq 结果中 7 个 4CL 基因进行 qPCR，筛选出一个表达趋势与莨菪亭含量及酶活变化趋势一致的 4CL 基因作为关键候选基因，进行全长克隆以及生物信息学分析，最后用 qRT-PCR 研究其表达特性。海巴戟叶片在采摘后 48 h 内，莨菪亭含量在 12 h 时最高，达 0.35 mg/g，48 h 最低，为 0.18 mg/g。4CL 总酶活性变化与莨菪亭含量趋势相近。阿魏酸处理后的叶片中 4CL 总酶活增加。通过 qRT-PCR 筛选到 4CL（DN15707）基因，克隆、测序后发现其长度为 1632 bp，具备完整开放阅读框，在 NCBI 进行序列比对及系统进化树分析，确定该基因为 4CL 基因家族中的 4CL2 基因，命名为 Mc4CL2。Mc4CL2 基因可能是莨菪亭累积过程中的关键基因，它能启动 4CL 酶活，充分利用阿魏酸底物进而导致莨菪亭累积。

关键词：海巴戟；莨菪亭；总酶活；4 - 香豆酸辅酶 A 连接酶（4CL）；阿魏酸

日期：2022年

出处：热带作物学报，2022，43 (10)：1989-1997；

DOI：10.3969/j.issn.1000-2561.2022.10.004

二、研究成果深度解析

本次研究围绕海巴戟莨菪亭的累积机制展开，通过多维度实验验证，明确了关键调控因子、核心数据及应用条件，为诺丽产业的科学化发展提供了核心支撑。

核心营养成分：莨菪亭的累积规律

莨菪亭是海巴戟的核心活性成分，其含量直接决定产品的健康价值。研究通过高效液相色谱仪精准测定，得出两大关键结论：

1. 自然累积规律：离体海巴戟成熟叶片在采摘后 48 h 内，莨菪亭含量呈 “先升后降” 趋势，12 h 时达到峰值 0.35 mg/g，48 h 降至最低 0.18 mg/g，这一数据为诺丽叶片的采收后加工时间窗口提供了精准参考。
2. 外源诱导规律：不同浓度阿魏酸处理后，莨菪亭含量显著提升（15 mmol/L 浓度除外），其中 5 mmol/L 为最佳诱导浓度，处理后莨菪亭含量高达 2.5 mg/g，是空白对照的 5 倍；在该最佳浓度下，莨菪亭含量在处理后 8 h 达到峰值 0.78 mg/g，随后逐渐下降，48 h 降至 0.36 mg/g。

关键调控因子：4CL 酶活与 Mc4CL2 基因

莨菪亭通过苯丙烷代谢途径合成，4 - 香豆酸辅酶 A 连接酶（4CL）是该途径的关键酶，其活性直接影响莨菪亭的合成效率：

1. 4CL 酶活变化：4CL 总酶活性与莨菪亭含量变化趋势高度一致，5 mmol/L 阿魏酸处理后，4CL 总酶活性达到最大值 305 U/g・h，显著高于对照的 193 U/g・h；而 15 mmol/L 阿魏酸处理会抑制酶活，这一数据揭示了阿魏酸对酶活的浓度依赖性调控作用。
2. 关键基因鉴定：通过对RNA-seq筛选出的7个4CL基因进行qPCR验证，发现4CL（DN15707）基因的表达趋势与莨菪亭含量、4CL酶活变化完全一致。该基因全长1632bp，具备完整开放阅读框，编码543个氨基酸，经序列比对和系统进化树分析，确定为 4CL基因家族的4CL2基因，命名为 Mc4CL2（GenBank 登录号：MZ676989）。
3. 基因功能特征：Mc4CL2基因含有4CL的特征序列（LPYSSGTTGLPK、GEICIRG）及保守功能结构域（CaiC、AMP-binding、PLN02246 等），具备催化合成酰基辅酶 A 酯的功能，可启动 4CL 酶活，高效利用阿魏酸底物促进莨菪亭累积。

实验技术支撑：精准检测与验证方法

研究采用的检测与验证方法为产业标准化提供了技术参考：

1. 莨菪亭检测：采用超声萃取（53% 乙醇、45 kHz、50℃、33 min）结合高效液相色谱法，流动相为乙腈∶水 = 20∶80，流速 1.0 mL/min，柱温 25℃，检测波长 348 nm，线性方程 Y=77.043X+6.3003（R²=0.9998），在 0.5~20 μg/mL 浓度范围内线性关系良好。
2. 酶活测定：以阿魏酸为底物，反应体系含粗酶液、ATP、辅酶 A 等成分，40℃反应 10 min，通过测定 345 nm 处吸光度变化计算酶活性，单位定义为每克鲜重每分钟吸光度变化 0.01。
3. 基因验证：通过 RNA 提取、逆转录、PCR 克隆、qRT-PCR 等技术，完成了基因筛选、克隆与表达特性分析，内参基因为 Actin 基因，相对表达量采用 2⁻∆∆CT 公式计算。

三、市场价值和应用前景

本次研究的核心成果 —— 莨菪亭的高效诱导与精准调控，结合其已证实的多重健康功效，为诺丽产业开辟了广阔的市场空间，其市场价值与应用前景主要体现在以下领域：

保健品领域：天然功能性产品的核心原料

莨菪亭的多重健康功效已被大量研究证实，结合本次研究的高效诱导数据，诺丽可成为保健品领域的核心原料：

1. 关节健康保护：莨菪亭能抑制骨关节炎，防止关节软骨退化和炎症发生，针对中老年人、运动人群的关节养护保健品，可利用 5 mmol/L 阿魏酸诱导后的诺丽叶片提取物（莨菪亭含量达 2.5 mg/g）作为核心成分，产品功效有明确数据支撑。
2. 抗癌辅助调理：莨菪亭是天然抗癌成分，可直接杀死癌细胞、抑制癌细胞增殖，尤其对白血病、非小细胞肺癌等有显著作用。基于 Mc4CL2 基因调控的高莨菪亭诺丽提取物，可开发为抗癌辅助保健品，填补天然抗癌保健品的市场空白。
3. 抗疲劳功能产品：莨菪亭能通过改善糖原储存和脂质、碳水化合物代谢缓解疲劳，针对职场人群、运动爱好者的抗疲劳保健品，可采用 8 h 最佳时间窗口的诺丽提取物（峰值 0.78 mg/g），实现功效精准化。
4. 多效健康养护：莨菪亭在保护肝脏、抗真菌、解热、降压等方面均有重要作用，可开发综合性健康养护产品，如诺丽口服液、胶囊、压片糖果等，满足消费者多元化健康需求。

药品领域：天然药物的研发新方向

本次研究明确了莨菪亭的合成机制与高效获取方法，为天然药物研发提供了关键支撑：

1. 抗炎药物：基于莨菪亭的抗炎活性，可研发针对关节炎、炎症性肠病等疾病的天然药物，避免化学药物的副作用，市场需求潜力巨大。
2. 抗癌药物：莨菪亭的抗癌机制已通过网络药理学和分子对接技术证实，结合 Mc4CL2 基因调控的高纯度莨菪亭提取技术，可开发靶向抗癌药物，提升药物疗效并降低毒性。
3. 保肝药物：针对肝脏损伤、脂肪肝等疾病，可利用诺丽提取物中的莨菪亭研发保肝药物，契合当前脂肪肝高发的市场需求。

食品领域：功能性食品的创新升级

随着功能性食品市场的快速增长，诺丽可作为天然功能成分添加到各类食品中：

1. 功能性饮料：将高莨菪亭诺丽提取物添加到运动饮料、保健饮料中，打造 “抗疲劳、护关节” 的功能性饮品，区别于传统饮料的单一解渴功能。
2. 健康零食：在饼干、坚果、果干等零食中添加诺丽提取物，赋予产品抗疲劳、保肝等健康功效，满足消费者 “零食健康化” 的需求。
3. 保健食品添加剂：将莨菪亭作为天然食品添加剂，用于提升食品的功能性，替代部分人工添加剂，契合 “天然、健康” 的食品消费趋势。

产业升级价值：标准化与品质可控

本次研究为诺丽产业的标准化、高品质发展提供了核心支撑：

1. 品质控制标准：明确了莨菪亭作为诺丽产品的鉴定认证参数和质量控制指标，可建立 “莨菪亭含量≥0.78 mg/g” 的行业高品质标准，提升产业整体品质。
2. 生产工艺优化：基于 “5 mmol/L 阿魏酸处理 + 8 h 加工窗口” 的技术方案，可优化诺丽提取物的生产工艺，实现莨菪亭的高效、稳定产出，降低生产成本。
3. 产业链延伸：带动诺丽种植、采收、加工、研发等全产业链发展，云南等地的诺丽种植基地可通过标准化种植和定向诱导技术，提升产品附加值，助力乡村振兴。

四、结语

西南林业大学团队的 “4CL 基因在海巴戟叶片莨菪亭累积过程中的功能研究”，不仅从分子层面揭示了诺丽莨菪亭的累积机制，更提供了一套 “基因调控 + 外源诱导 + 精准加工” 的高效获取方案，为诺丽产业的科学化、标准化、高品质发展奠定了坚实基础。莨菪亭作为诺丽的核心活性成分，其多重健康功效与明确的市场需求高度契合，结合本次研究的技术支撑，诺丽有望从传统热带作物升级为 “天然功能性原料明星”，在保健品、药品、食品等领域开辟广阔市场。未来，随着基因工程技术的进一步应用（如 Mc4CL2 基因超表达）和产品研发的不断深入，诺丽将为天然健康产业注入新的活力，为消费者提供更多 “数据支撑、功效明确” 的健康产品，推动健康中国战略的落地实施。

参考文献

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