李果实成熟过程中乙烯与软化调控的转录组全景解析：不同呼吸跃变型品种的比较研究

本研究针对李属(Prunus salicina)不同呼吸跃变型品种成熟机制不清的问题，通过整合Phytozome和PLAZA数据库资源，系统分析了'Santa Rosa'(呼吸跃变型)、'Casselman'(抑制型呼吸跃变)和'Sweet Miriam'(非呼吸跃变型)三个发育阶段的转录组特征。研究发现"晚期"基因(如PpACO1、PpPL1、PpBGAL16)的表达模式与呼吸跃变行为显著相关，首次揭示抑制型呼吸跃变品种在转录水平更接近非呼吸跃变型，同时鉴定出茉莉酸途径基因(PpJID1)和NAC转录因子(PpNAC2)等新型调控因子。该研究为木本作物成熟调控提供了新见解，相关成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

水果成熟是一个复杂的生理过程，根据呼吸作用和乙烯生成模式可分为呼吸跃变型(如香蕉、苹果)和非呼吸跃变型(如草莓、柑橘)。在这两类之间还存在抑制型呼吸跃变果实，其乙烯生成量低但对外源乙烯有响应。日本李(Prunus salicina Lindl.)因其同一遗传背景下的品种具有不同呼吸跃变行为，成为研究木本作物成熟机制的理想模型。然而，关于不同呼吸跃变型李果实软化差异的分子机制，特别是抑制型呼吸跃变品种的调控特征，仍存在显著知识空白。

美国加州大学戴维斯分校的研究人员选取'Santa Rosa'(SR，呼吸跃变型)、'Casselman'(CM，抑制型呼吸跃变型)和'Sweet Miriam'(SM，非呼吸跃变型)三个代表性品种，采集"Green"(早期发育)、"Mature"(前呼吸跃变期)和"Ripe"(呼吸跃变期)三个发育阶段的果实进行RNA-seq分析。通过整合Phytozome v13和Dicots PLAZA 5.0数据库资源，全面鉴定了6个乙烯相关和7个软化相关基因家族成员，结合加权基因共表达网络分析(WGCNA)和qPCR验证，系统解析了不同呼吸跃变型李果实的转录调控网络。研究成果发表在《BMC Plant Biology》期刊。

研究主要采用多组学整合分析策略：通过RNA-seq检测三个品种不同发育阶段的基因表达谱；利用数据库挖掘和同源比对鉴定完整基因家族；应用差异表达分析筛选关键候选基因；采用WGCNA构建共表达网络；最后通过qPCR在6个附加品种中验证目标基因的保守性。样本来自加州商业果园，每个品种设置3个生物学重复。

Comprehensive transcriptional analysis of ethylene and softening regulation
研究发现乙烯生物合成基因可分为"早期"和"晚期"表达模式。在呼吸跃变型SR中，PpACS1和PpACO1等"晚期"基因在成熟期显著上调，而抑制型CM和非呼吸跃变型SM则表现平稳或下降趋势。值得注意的是，并非所有"晚期"基因都符合典型的System 2调控模式，如PpACO7在乙烯前体Ethrel处理下表达反而降低，提示存在非乙烯依赖的调控机制。

Not all"Early" and"Late" ethylene biosynthesis genes follow typical System 1 and 2 regulatory patterns in SR
通过重新分析公开的1-MCP(乙烯抑制剂)和Ethrel处理数据，发现PpACS3/4等中期特异性表达基因也呈现System 2特征。而"早期"基因PpACO5表现出System 1的负反馈调节特征，说明李果实乙烯调控网络比模式植物番茄更为复杂。

CM and SM share similarities in ethylene-related gene dynamics compared to SR
定量分析显示，CM在"晚期"乙烯生物合成基因的表达变化率(log ratio)显著低于SR(p<0.05)，而与SM无统计学差异。在乙烯信号转导通路中，PpCTR3和PpERF32等基因在三个品种间呈现梯度差异，表明抑制型呼吸跃变品种在转录水平更接近非呼吸跃变型。

Expression dynamics of"late" softening-related genes across cultivars
细胞壁修饰酶基因表达模式与生理软化速率高度一致：SR的PpPL1和PpBGAL16等基因在成熟期显著诱导，CM保持稳定，SM则呈下降趋势。特别值得注意的是，PME家族中超过1/3基因为"早期"表达型，提示果胶去酯化是软化启动的早期事件。

DGE analysis indicated additional factors related to the climacteric ripening differences
差异表达基因分析发现，茉莉酸响应途径显著富集(GO:0009753)，其中PpJAR1(茉莉酸-异亮氨酸合成酶)在SR成熟期特异性高表达。共表达网络鉴定出PpNAC2和PpJID1等枢纽基因，前者是桃果实成熟的核心调控因子，后者可能通过修饰12-氧-植物二烯酸(OPDA)参与茉莉酸稳态调节。

qPCR validates and extrapolates target gene findings to additional cultivars
在'Friar'等6个附加品种中的验证实验表明，PpACO1、PpPL1、PpBGAL16、PpNAC2和PpJID1的表达模式具有跨品种保守性。但不同抑制型呼吸跃变品种间存在连续变异，如'Late Santa Rosa'比'Angeleno'更接近呼吸跃变型，说明呼吸跃变行为是数量性状而非离散分类。

该研究首次绘制了不同呼吸跃变型李果实的转录调控全景图，建立了"基因表达模式-酶活性-生理表型"的关联框架。研究发现抑制型呼吸跃变品种在分子水平更接近非呼吸跃变型，但存在连续变异特征，这对果实采后贮藏策略制定具有指导意义。鉴定出的PpACO1、PpNAC2等关键调控因子为分子育种提供了靶点，而开发的数据库整合分析流程(Phytozome+PLAZA)为其他非模式作物的基因家族研究提供了方法学借鉴。研究还揭示了茉莉酸信号与乙烯通路的复杂互作，为理解果实成熟调控网络进化提供了新视角。