SiGSTU18通过谷胱甘肽代谢以及谷氨酸介导的氧化应激和离子毒性缓解作用，正向调控狐尾粟的耐盐碱性

《Plant Science》：SiGSTU18 positively regulates saline-alkali tolerance in foxtail millet through glutathione metabolism and glutamic acid-mediated alleviation of oxidative stress and ion toxicity

番茄加工产品粘稠度提升研究显示，SlPMEI3基因过表达通过抑制果胶解酯酶活性，使甲基酯化程度提升50%，导致番茄汁和番茄酱粘稠度增加50%。转基因植株呈现植株增高、开花提前、果实变小及产量降低等表型，但果皮增厚且pH值升高。

　　

刘春宇|朱永辉|约翰·B·戈尔丁|彭塔·普里斯蒂约诺|关月|余有健|何勇|李永新|朱竹君|雷茹

浙江农林大学园艺科学学院，中国杭州311300

摘要

粘度是加工番茄产品（如番茄汁和番茄酱）的重要品质特性。粘度部分由果胶甲酯化程度决定，而果胶甲酯化程度受果胶甲酯酶（PME）的调控。研究表明，果胶甲酯酶抑制剂（PMEIs）在调节PME活性方面起着关键作用。然而，PMEIs在调节加工番茄产品粘度方面的具体作用尚未得到充分研究。在本研究中，我们通过基因表达分析、分子对接和原核生物验证，鉴定出一个潜在的PMEI基因（SlPMEI3），该基因能够调控成熟番茄果实中的PME活性。进一步通过遗传修饰研究了SlPMEI3的功能。实验结果表明，SlPMEI3的过表达使PME活性降低了50%，导致果胶甲酯化程度增加了50%，从而使番茄汁和番茄酱的粘度提高。此外，SlPMEI3的过表达还提高了果实的pH值以及果实的沉淀率。同时，过表达SlPMEI3的转基因番茄植株生长更高，开花时间更早。转基因果实的果皮比例增加，但果实大小、产量和种子数量减少。总之，本研究表明SlPMEI3的过表达可以提高加工番茄产品的粘度，为番茄加工业的质量改进提供了新的思路和机会。

引言

番茄（Solanum lycopersicum）在加工行业中广泛应用，番茄汁和番茄酱是主要的番茄加工产品。粘度是番茄汁和番茄酱的重要品质指标（Kaur等人，2007年）。内源果胶在番茄产品的粘度形成中起着重要作用。果胶是一种亲水性多糖，其分子链通过氢键和水合作用形成网络结构。加工果制品粘度的降低通常归因于内源果胶降解酶（主要是果胶甲酯酶（PME）和聚半乳糖醛酸酶）的活性（Bermejo-Prada等人，2015年）。在番茄果实成熟过程中，由于果胶分解酶活性的增加，总果胶含量减少，最终导致最终产品的粘度降低（Zhou等人，2024年）。

PME是一种重要的果胶酶，它可以水解果胶中的甲酯基团，从而降低甲酯化程度并改变果胶结构，进而降低最终产品的粘度。据报道，PME活性还与果实成熟过程中的组织完整性、质地和软化有关（Brummell和Harpster，2001年）。PME在果实加工过程中催化果胶去甲酯化，导致粘度降低（Illera等人，2018年），以及番茄汁透明度的提高（Mei等人，2007年）。已经采用多种方法来抑制PME活性，包括热处理、超声波处理和高压二氧化碳处理，从而减少加工番茄产品的粘度损失。然而，这些物理方法涉及复杂的加工程序、高生产成本和能源消耗，在某些情况下需要与其他方法结合使用。此外，这些处理还可能对番茄产品产生不良影响，如营养成分损失、颜色变化和风味改变（Illera等人，2018年；Wu等人，2008年）。

果胶甲酯酶抑制剂（PMEIs）是天然存在的植物蛋白，它们通过与PME蛋白的特定结构域结合来抑制其活性，从而精确调节PME活性并保持果胶多糖的结构（Jeong等人，2018年）。研究表明，SlPMEI转录本主要存在于花、花粉和成熟果实中（Reca等人，2012年）。表达BoPMEI1反义转录本的拟南芥植株表现出花粉管生长受抑制，导致部分雄性不育和种子产量减少（Zhang等人，2010年）。PMEI还被发现通过调节甲酯化在果实成熟和采后处理中起重要作用（Coculo和Lionetti，2022年）。外源添加猕猴桃PMEI可以改善橙汁的浑浊稳定性（Zhang等人，2023年）。重组猕猴桃PMEI蛋白已被证明能有效抑制番茄、胡萝卜和橙汁中的PME活性（Liu等人，2014年；Mei等人，2007年）。然而，需要更多研究来促进重组PMEI酶在食品工业中的应用，以管理PME活性。

遗传修饰已被用于提高作物的品质特性，包括营养价值、成熟度、颜色、质地、延长保质期和改善加工品质（Xu等人，2020年）。在本研究中，我们采用基因工程方法调节番茄果实中的PME活性，从而提高番茄汁和番茄酱的粘度。首先，我们鉴定出一个潜在的PMEI基因（SlPMEI3），该基因可能调控成熟番茄果实中的PME活性。通过分子对接和体外表达验证，我们证实SlPMEI3是成熟番茄果实中的PME抑制剂候选基因。随后，我们培育了两株过表达SlPMEI3的转基因番茄品系，并对其果实品质（包括农艺性状）和加工产品品质（尤其是番茄汁和番茄酱的粘度）进行了研究。

植物材料

本研究中使用了Micro-Tom番茄。使用含有Bsa I限制性内切酶位点的引物（见补充表1）扩增了SlPMEI3的全长cDNA，然后将其克隆到pBWA(V)HS载体中。通过农杆菌（GV3101）将构建的载体导入番茄植株。野生型和转基因番茄幼苗在25℃下光照16小时、20℃下黑暗8小时的条件下培养，随后移植到浙江农林大学的温室中。

SlPMEI3基因的表达模式

在初步实验中，通过筛选基因组和RNAseq数据库，获得了一个可能调控成熟番茄果实中PME活性的候选SlPMEI3基因。研究了Micro-Tom番茄不同发育阶段的根、茎、叶、花和果实（未成熟绿色、成熟绿色、转色期和红色成熟期）中SlPMEI3的表达模式。结果表明，在非果实组织中SlPMEI3的表达几乎检测不到。

讨论

加工番茄汁和番茄酱因其独特的风味、丰富的营养成分和多样的用途而在全球范围内广泛消费。番茄产品的一个关键品质指标是其粘度，通常通过添加人工增稠剂并结合热处理来提高粘度。然而，使用增稠剂需要精确控制不同类型的增稠剂及其浓度，而加热可能会影响最终产品的颜色和质地。

结论

总之，SlPMEI3是调控番茄果实成熟过程中PME活性的关键基因。SlPMEI3的过表达降低了成熟番茄果实中的PME活性，增加了果胶甲酯化程度。转基因番茄植株表现出农艺性状的改变，包括植株高度增加、开花时间提前、种子数量减少、果皮变厚，但果实大小减小、产量降低。此外，转基因番茄果实的汁液pH值也有所提高。

作者贡献声明

刘春宇：数据分析。朱永辉：数据分析。约翰·戈尔丁：写作、审稿和编辑。彭塔·普里斯蒂约诺：写作、审稿和编辑。李永新：写作、审稿和编辑。朱竹君：写作、初稿撰写和指导。雷茹：写作、初稿撰写和指导。关月：方法学研究。余有健：写作、审稿和编辑。何勇：写作、审稿和方法学研究。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了浙江省自然科学基金（项目编号LY21C150003和LY22C150006）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。