冬枣果实角质层化学与转录组特征解析：揭示角质在采后冷藏水分保持中的关键作用

《Postharvest Biology and Technology》：Chemical and transcriptomic profiling of the fruit cuticle for winter jujube cultivars with contrasting rates of water loss

本研究针对冬枣采后易失水导致品质劣变的问题，通过比较两个失水率不同的冬枣品种，系统分析了冷藏对其果实角质层化学成分及相关基因表达的影响。研究发现，具有更强保水能力的‘第二代’品种拥有更致密的蜡质层和显著更高的角质单体含量，尤其是羟基脂肪酸。冷藏诱导了角质单体的大量积累，并与CYP94和PXG基因表达上调显著相关。研究首次揭示了角质而非蜡质在冬枣采后水分保持中的主导作用，为改善果实采后品质提供了新靶点。

　　

冬枣，这种以其多汁脆嫩口感和丰富营养价值而备受青睐的中国本土水果，在采后贮藏中面临着一个严峻挑战——水分快速流失。不当的贮藏条件会加速其成熟和衰老，导致品质和商品价值急剧下降。通常，在非控条件下，冬枣的贮藏期难以超过7天。低温冷藏虽能延长其货架期，但果实水分流失仍是制约其保鲜效果的关键因素。果实表面的角质层，作为一道疏水性脂质屏障，被认为是限制水分流失的关键。然而，关于冬枣采后角质层变化及其与水分保持关系的研究尚属空白。

为了深入探究这一问题，一项发表在《Postharvest Biology and Technology》上的研究，对两个失水率具有显著差异的冬枣品种（‘沾化冬枣第一代’和‘第二代’）进行了系统的比较分析。研究人员重点关注了冷藏（4°C，7天）对果实品质、表皮特性、角质层化学成分（蜡质和角质单体）以及相关基因表达谱的影响。

本研究综合运用了果实品质评估（包括失重率、硬度、可滴定酸含量等）、扫描电子显微镜观察表皮蜡质晶体形态、气相色谱-质谱联用技术分析蜡质和角质单体化学成分、以及转录组测序和定量PCR验证基因表达等关键技术方法。实验样本为从中国山东省滨州市沾化区古城镇15年生树上采集的、处于初红期（着色面积20-30%）、大小适中、无病虫害和机械损伤的冬枣果实。

3.1. 两个冬枣品种的表皮特性与果实品质

研究发现，‘第二代’冬枣果实体积更大、更重。冷藏后，两个品种的果皮均出现皱缩，但‘第一代’更为明显。‘第一代’的失重率和水分流失率均显著高于‘第二代’，表明‘第二代’具有更强的水分保持能力。扫描电镜观察显示，‘第一代’的蜡质层存在大量裂纹，而‘第二代’的蜡质层则更为连续完整。冷藏加剧了两个品种蜡质层的裂纹扩展。

3.2. 两个冬枣品种果实角质层脂质的比较分析

化学成分分析揭示，两个品种的蜡质均以三萜类化合物为主（占比超过85%），总蜡质含量无显著差异。然而，在角质单体方面，‘第二代’的总含量是‘第一代’的2.7倍，其中羟基脂肪酸是主要的单体类型（占比超过90%）。这表明品种间保水能力的差异可能与角质而非蜡质的初始含量密切相关。

3.3. 冷藏后角质层蜡质组成的变化

冷藏7天后，‘第一代’的总蜡质含量显著下降10.4%，而‘第二代’无显著变化。主要蜡质成分（三萜类）含量在两个品种中均未发生显著变化，仅一些次要组分（如烷烃、脂肪酸）出现品种特异性的变化。这表明冷藏对蜡质组成的影响相对有限。

3.4. 冷藏后角质组成的变化

与蜡质不同，冷藏显著诱导了两个品种角质单体的积累。‘第一代’的各类角质单体（未取代脂肪酸、二羧酸、羟基脂肪酸）含量增幅巨大（108.2%至163.4%），而‘第二代’的增幅相对较小（3.1%至24.5%），这可能是由于其初始角质含量已经很高。值得注意的是，羟基脂肪酸作为优势单体，其含量在冷藏后显著增加。在‘第二代’中，羟基脂肪酸单体的比例还有所上升，提示该品种在冷藏中更倾向于合成可参与交联的羟基化单体。

3.5. 冬枣果皮冷藏后的转录组及差异表达基因分析

转录组分析显示，冷藏后‘第一代’和‘第二代’分别鉴定出38,574和29,221个差异表达基因。KEGG富集分析表明，与‘第一代’相比，‘第二代’在所有代谢通路中的DEGs数量均较少，暗示其应对冷藏胁迫的转录调控可能更为稳定或高效。在“脂质代谢”和“萜类与聚酮化合物代谢”通路中，‘第一代’的DEGs数量也多于‘第二代’。

3.6. 角质层相关DEGs及其表达分析

研究人员重点关注了与角质层脂质代谢相关的DEGs。发现多个参与角质合成的基因在冷藏后表达上调。例如，编码可能催化环氧脂肪酸中间体形成的PXG（Peroxygenase）的基因普遍上调。同时，一些CYP94（细胞色素P450家族94）基因的表达也与羟基脂肪酸单体的积累呈显著正相关。这些基因表达的变化与角质单体的积累趋势一致。

3.7. 冷藏后角质积累与角质基因表达的相关性分析

相关性分析进一步证实，多个CYP94和PXG基因的表达与多种羟基脂肪酸单体（如18OH C18:0, diOH C16:0等）的含量呈极显著正相关。这强烈提示这些基因在冷藏诱导的角质单体合成，尤其是羟基化单体的生成中扮演了重要角色。

讨论与结论

本研究通过多组学联合分析，明确了冬枣采后冷藏过程中角质层变化的核心特征。研究结果表明，与蜡质相比，角质代谢在冬枣果实采后水分保持中可能发挥着更为关键的作用。具有更强保水能力的‘第二代’品种，其优势在于拥有更高的初始角质单体含量，以及在冷藏过程中能够更有效地诱导角质（特别是羟基脂肪酸）的合成积累。角质单体，尤其是富含羟基的脂肪酸，为角质聚合物的交联提供了更多位点，可能有助于形成更致密、渗透性更低的角质层屏障，从而有效减少水分流失。

转录组数据将这种化学变化与分子事件联系起来，发现CYP94和PXG等基因的上调表达与羟基脂肪酸的积累密切相关，为理解冷藏调控角质合成的分子机制提供了线索。相关性分析还发现，果实水分流失率与总角质单体及羟基脂肪酸单体的绝对含量呈极显著负相关，而与未取代脂肪酸的相对含量呈正相关，进一步支持了角质聚合物交联程度影响保水性能的假设。

该研究首次系统地揭示了角质在冬枣采后品质维持中的突出作用，挑战了传统上过于关注蜡质的观点。这不仅深化了对果实采后生理的理解，也为通过遗传改良或采后处理手段（如调控关键基因表达）来靶向增强果实角质层屏障功能、延长货架期提供了重要的理论依据和潜在的分子靶点。未来研究可进一步验证关键基因的功能，并深入探究角质聚合物交联度与水分渗透性的直接关系。