脉冲光处理调控杏果实采后品质的协同机制：多组学视角下的糖酸代谢与表观遗传调控

《Journal of Future Foods》：nPulsed light treatment for simultaneous preservation of sensory and functional properties in apricot fruit

本研究针对杏果实采后易软化腐烂、品质劣变等问题，创新性地采用脉冲光(PL)处理技术，通过整合转录组、代谢组和ATAC-seq多组学分析，系统阐明了PL通过调控糖代谢(如GALM、RAFS、otsB等关键基因)、类黄酮生物合成、植物激素信号转导等通路，同时维持果实硬度和营养品质的作用机制。研究发现PL处理(4 J/cm2)能显著促进α-D-葡萄糖和蔗糖积累，抑制ERF105、bHLH11等衰老相关转录因子活性，为果蔬采后保鲜提供了新的理论依据和技术支撑。

　　

多汁甜美的杏果实是夏季最受欢迎的季节性水果之一，但其采后保鲜却一直是产业面临的重大挑战。作为呼吸跃变型果实，杏在采收后迅速进入成熟衰老阶段，果实软化、风味劣变、腐烂变质等问题接踵而至，导致其商品价值大幅降低。传统低温贮藏虽然能延缓衰老，但成本较高且难以完全抑制品质下降。因此，开发高效、安全的非热力保鲜技术成为果蔬采后领域的研究热点。

在这一背景下，脉冲光(Pulsed Light, PL)技术作为一种新兴的非热力杀菌技术逐渐引起关注。该技术利用瞬时放电产生强白光，光谱分布近似太阳光，已在多种果蔬保鲜中展现出应用潜力。然而，PL技术如何通过调控果实内部复杂的生理生化网络来维持品质，其分子机制尚不明确。特别是对杏果实采后品质影响的多维度研究仍属空白。

为此，北京市农林科学院农产品加工与营养研究所的研究团队在《Journal of Future Foods》上发表了最新研究成果，首次从多组学角度系统揭示了脉冲光处理对杏果实采后品质的调控机制。研究团队以'川zhihong'杏为实验材料，采用0.435 J/cm2的脉冲光强度处理3.1秒(总强度4 J/cm2)，随后在20°C、90%相对湿度的黑暗环境中贮藏8天，通过整合生理指标测定、代谢组学、转录组学和ATAC-seq(Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput sequencing)技术，全面解析了PL处理对杏果实品质的影响及其内在调控网络。

关键技术方法

研究采用了多组学整合分析策略：首先通过硬度计和折光仪测定果实硬度和可溶性固形物含量，使用试剂盒检测糖酸组分和酶活性；利用UPLC-ESI-MS/MS系统进行非靶向代谢组学分析，鉴定差异累积代谢物(DAMs)；通过Illumina平台进行转录组测序，分析差异表达基因(DEGs)；采用ATAC-seq技术检测染色质可及性变化，识别差异可及区域(DARs)；最后通过KEGG通路富集分析和多组学关联分析，构建PL调控杏果实品质的分子网络。所有实验均设置三个生物学重复确保结果可靠性。

研究结果

3.1 PL对杏果实品质、糖酸含量及风味相关酶活性的影响

外观品质观察显示，PL处理能有效保持杏果实的完整性和新鲜度。与对照组相比，PL处理显著减缓了果实硬度的下降，贮藏8天后PL组硬度(15.8 N)显著高于对照组(11.2 N)。可溶性固形物含量(SSC)在贮藏期间持续上升，PL处理组最终达到16.34%，高于对照组的15%。

在糖分代谢方面，D-葡萄糖和蔗糖含量均呈现先升后降的趋势，而PL处理能有效抑制蔗糖含量的下降。贮藏末期，对照组蔗糖含量下降16%，而PL组仅下降14%。对于有机酸，PL处理对草酸含量的影响最为显著，能抑制其分解，使总体降幅从对照组的28%降至11%。

在营养物质方面，总酚和类黄酮含量在PL处理下始终维持在较高水平，特别是在贮藏第2天和第8天出现显著差异。酶活性测定发现，PL处理显著抑制了脂氧合酶(LOX)和乙醇脱氢酶(ADH)的活性，同时促进了NAD-苹果酸酶(NAD-ME)和NAD-苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)的活性变化，这些变化与果实风味物质的代谢调控密切相关。

3.2 PL对杏果实代谢物积累的影响

代谢组学分析共鉴定出878种代谢物，其中185种存在显著差异。差异累积代谢物主要分为糖类和醇类、萜类、有机酸、氨基酸、生物碱、多酚、类黄酮等15大类。在CK-0d vs CK-8d比较中，发现103个DAMs(64个上调，39个下调)；CK-0d vs PL-8d比较中鉴定出101个DAMs(62个上调，39个下调)；CK-8d vs PL-8d比较中发现58个DAMs(29个上调，29个下调)。

特别值得注意的是，PL处理显著影响了12种关键代谢物的积累，包括4种氨基酸(L-精氨酸、Val-Trp、橙黄酰胺乙酸酯和L-高丝氨酸)、4种类黄酮(表儿茶素、Tricin-7-O-新橙皮糖苷、表儿茶素没食子酸酯和rubrofusarin-6-O-β-D-龙胆二糖苷)、2种萜类(人参皂苷Rh7和scillascillol)以及2种多酚(葡萄糖基丁香酸和loureirin A)。这些代谢物的变化模式表明PL能够调控杏果实中风味物质和生物活性成分的代谢平衡。

3.3 PL对杏果实差异表达基因的影响

转录组分析共识别出31,995个基因，其中10,546个为差异表达基因(DEGs)。CK-0d vs CK-8d比较中发现5,243个DEGs(2,356个上调，2,887个下调)；CK-0d vs PL-8d比较中有5,072个DEGs(2,308个上调，2,764个下调)；CK-8d vs PL-8d比较中鉴定出231个DEGs(178个上调，53个下调)。

这些DEGs主要富集在植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸生物合成、糖酵解/糖异生、过氧化物酶体功能和半乳糖代谢等通路。具体而言，PL处理影响了糖积累相关基因(如SWEET N3、SWEET2)、风味形成相关基因(如AroDH2、FMO、GDH2)以及细胞壁降解相关基因(如α-Xyl1、β-Glu、EXP)的表达模式。此外，PL还通过调控ACS1、ACS7、ACO、ABA8ox1、ERF5和ERF105等衰老相关基因的表达，延缓杏果实的衰老进程。

3.4 PL对杏果实差异可及区域的影响

ATAC-seq分析共获得6.24亿条高质量 reads，鉴定出10,672个差异可及区域(DARs)。在CK-0d vs CK-8d比较中发现7,711个DARs(1,224个可及性增加，6,487个减少)；CK-0d vs PL-8d比较中有9,551个DARs(1,484个增加，8,067个减少)；CK-8d vs PL-8d比较中仅37个DARs(7个增加，30个减少)。

基因组分布分析显示，DARs主要富集在启动子区域(1-2kb、≤1kb和2-3kb)和远端基因间区。这些区域的染色质可及性变化与基因表达调控密切相关，为理解PL处理的表观遗传调控机制提供了重要线索。

3.5 含转录因子结合位点的DARs的Motif分析

通过 motif 分析，研究人员识别出三个主要转录因子家族：GATA、ERF和bHLH。其中，GATA15和GATA21在贮藏过程中可及性降低；ERF5和ERF105等与果实衰老调控相关的转录因子也表现出可及性变化。特别值得注意的是，在PL处理组中，bHLH111和bHLH147等转录因子的可及性变化模式与对照组存在明显差异，表明这些转录因子可能参与PL介导的杏果实衰老调控过程。

3.6 转录组、代谢组和ATAC-seq联合分析

多组学整合分析发现，DEGs、DAMs和DARs共同富集在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、类黄酮生物合成、植物激素信号转导以及多种氨基酸生物合成和降解途径等关键代谢通路中。

在半乳糖代谢途径中，PL处理通过调控醛糖1-差向异构酶(GALM)、β-半乳糖苷酶(GL