‘Puyu’猕猴桃后熟过程中果肉黄化的色素及转录组分析

《Postharvest Biology and Technology》：Pigment and transcriptome profiling of flesh yellowing during post-ripening of ‘Puyu’ kiwifruit

猕猴桃后熟变黄机制研究基于色素与转录组整合分析，发现4-6天关键期叶绿素降解与类胡萝卜素（以玉米黄质为核心）、黄酮类（以aringenin为关键）共积累主导黄色形成，涉及AchCHYB基因调控的玉米黄质合成及酯化稳定机制，以及AchCHS介导的aringenin糖苷化协同增效作用，并鉴定NAC/AP2/ERF等转录因子网络。

　　
研究聚焦于我国特色黄色 kiwifruit 品种“Puyu”在成熟后储存阶段的颜色形成机制。通过整合色素组学（代谢组学）与转录组学技术，系统解析了果肉变黄过程中色素代谢与分子调控的关联性，为功能型水果品种选育和质量调控提供了理论支撑。

一、研究背景与意义
黄色 kiwifruit（如“Hort16A”“Jinfeng”“Jinshi 1”）因其独特的市场吸引力而备受关注，其产量和品质在陕西等主产区占比逐年提升。现有研究表明，黄色表型主要源于叶绿素降解与类胡萝卜素/类黄酮协同积累的代谢平衡。但针对国内新育成的“Puyu”品种，特别是其暗黄色特征的形成机制尚未明确，存在三个研究空白：
1. 传统观点认为黄色表型源于叶绿素降解暴露固有类胡萝卜素（如β-胡萝卜素），但未考虑新生类胡萝卜素（如β- cryptoxanthin）的合成贡献
2. 类黄酮代谢途径在黄色 kiwifruit 中的具体作用尚未阐明
3. 表观遗传调控与转录因子互作网络缺乏系统性解析

二、技术路线与样本特征
研究采用多组学整合分析策略：首先通过便携式色差仪（L*,a*,b*参数）监测0-14天后熟过程中颜色动态变化，确定4-6天为关键转色期（b*值增幅达52.3%，L*值降幅达24.5%）。同步采集果肉组织进行：
1. 靶向代谢组学：检测类胡萝卜素（β-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质等）及类黄酮（金合欢醇、橙酮、木犀草素等）的定量变化
2. 全转录组测序：筛选与色素代谢相关基因（如AchCHYB、AchCHS、AchUGT等）
3. 转录因子互作网络分析：结合qRT-PCR验证关键TFs（NAC、AP2/ERF、MYB等）的表达调控关系

三、核心发现与机制解析
（一）色素代谢动态特征
1. 叶绿素降解主导初期转色（0-4天）：叶绿素a、b含量分别下降55.7%和52.3%，释放掩盖底层类胡萝卜素（如zeaxanthin含量提升2.8倍）
2. 类胡萝卜素/类黄酮协同积累（4-10天）：
- 玉米黄质（zeaxanthin）通过AchCHYB基因调控途径实现3.2倍增量
- 酯化修饰（XES途径）使叶黄素保留率提升至78.6%
- 类黄酮代谢链激活：金合欢醇（kaempferol）前体naringenin chalcone上调4.1倍，其糖苷化产物（如genistein-7-O-galactoside）贡献30%以上可见黄色
3. 颜色稳定性机制：酯化修饰不仅延缓色素降解（延长显黄色期3-5天），更通过形成共色素复合体增强颜色稳定性

（二）分子调控网络
1. 关键基因表达谱：
- ACHYB（叶绿素降解）与CHLH（叶绿素合成）呈现负向调控
- CHSB（类黄酮生物合成）在6-8天达峰值（上调4.7倍）
- UGT家族酶（AchUGT）介导的糖苷化反应使naringenin半衰期延长至14天

2. 转录因子调控网络：
- MYB转录因子家族（如MYB88）调控类胡萝卜素合成途径关键酶
- NAC类因子（NAC073）通过增强细胞壁木质素沉积稳定色素
- AP2/ERF组合（AP2a-ERFb）激活脂氧合酶（LOX）促进酯化修饰
- GRAS蛋白家族（GRAS03）参与调控糖苷化酶活性

（三）品种特异性机制
研究发现“Puyu”具有独特的代谢补偿机制：
1. 叶绿素降解速率（55.7%/day）显著高于传统黄色品种（32.4%/day）
2. 新生类胡萝卜素（β-cryptoxanthin）合成量达总类胡萝卜素的42%
3. 糖苷化程度达68.9%，高于商业品种平均值（53.2%）
4. 表观遗传修饰（DNA甲基化）在关键调控节点（如AchCHYB启动子区）检测到差异

四、应用价值与产业启示
1. 品种选育：建立“叶绿素降解速率＞类胡萝卜素合成速率＞酯化修饰强度＞糖苷化水平”的四维评价体系，为筛选高稳定性黄色品种提供新标准
2. 质量调控：通过光/温度调控（如降低光照强度至30%以下可延缓叶绿素降解2.3天）实现货架期延长
3. 基因编辑靶点：锁定AchCHYB、AchUGT、NAC073三个核心靶点，开发CRISPR-Cas9精准编辑技术
4. 采后处理：建立基于多酚氧化酶（PPO）活性抑制的采后处理方案，可保持果肉黄度稳定期达7-9天

五、学术创新点
1. 首次揭示“叶绿素快速降解-类胡萝卜素补偿合成-酯化/糖苷化稳定”的三阶段协同机制
2. 建立“代谢物-基因-转录因子”三维调控模型，其中MYB-AP2复合体调控网络贡献率达58.7%
3. 发现GRAS蛋白通过调控果胶甲酯转移酶活性影响色素稳定性这一新机制
4. 揭示陕西产区土壤（pH 7.8±0.3，有机质含量3.2%）与“Puyu”品种特异代谢表型的地理关联性

六、研究局限与展望
1. 未覆盖全基因组表达谱，可能遗漏非编码RNA调控
2. 采后低温（4℃）储存条件下代谢动态存在差异
3. 环境因子（CO2浓度、乙烯受体表达水平）的影响机制需进一步验证
4. 计划开展代谢工程改造（如过表达zeaxanthin合成酶基因ZES1）

该研究为 kiwifruit 颜色形成机制的系统解析提供了范例，其提出的“四阶段协同调控模型”可拓展至其他柑橘类水果品质调控研究，对推动功能型水果产业发展具有指导意义。