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为探究胰蛋白酶诱导火龙果抗性机制，研究人员聚焦 HuMYBS3 基因，发现其调控关键基因，助力保鲜研究。
火龙果，这种外表独特、果肉清甜且富含抗氧化物质的水果，近年来深受消费者喜爱。然而，它在收获后却面临着诸多问题，极易受到病原体感染、机械损伤的影响，加之自身呼吸作用旺盛，导致其营养成分快速流失，果实迅速腐烂变质，严重影响了火龙果的品质和货架期。如何有效地延长火龙果的保鲜期，成为了亟待解决的难题。
在众多保鲜研究中，胰蛋白酶作为一种潜在的生物保鲜剂崭露头角。已有研究表明，胰蛋白酶能够调节水果的活性氧代谢，诱导与苯丙烷类途径中黄酮类物质相关的生物合成，对果蔬细胞具有良好的保护作用。但胰蛋白酶究竟是如何诱导火龙果产生抗性、发挥保鲜效果的，其背后的分子机制仍迷雾重重。在此背景下，河南科技大学食品与生物工程学院等机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Plant Growth Regulation》杂志上。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是转录组学分析，通过对胰蛋白酶处理和未处理的火龙果样本进行转录组测序，筛选出差异表达基因，以探寻胰蛋白酶作用下的关键调控基因和代谢途径。病毒诱导基因沉默（VIGS）技术也被用于构建 HuMYBS3 基因的 RNA 沉默体系，以此验证该基因的功能。此外，利用实时荧光定量 PCR（RT-qPCR）技术对关键基因的表达进行检测，进一步验证转录组数据的可靠性。单细胞转录组学则用于研究关键基因在火龙果储存过程中的时空表达模式。
研究结果
- 转录组学分析：研究人员对新鲜火龙果（CK）和胰蛋白酶处理的火龙果（Try）进行转录组测序和分析。在比较分析中，利用六个数据库注释出 2099 个基因，发现 1084 个基因存在显著差异表达，其中 766 个上调，318 个下调。经转录因子分析发现，这些差异基因主要集中在 MYB 转录因子家族。进一步对 MYB 家族的 180 个基因进行 GO 富集分析，发现 HuMYBS3 在表达上调基因中的变化倍数最高。通过蛋白质 - 蛋白质相互作用（PPI）网络分析，确定 HuMYBS3 为 MYB 家族中的关键核心蛋白。
- HuMYBS3 基因功能验证：运用 VIGS 技术构建 HuMYBS3 基因的 RNA 沉默体系。实验结果显示，在储存早期，所有火龙果外观良好，但随着时间推移，Ti - HuMYBS3 组的果实出现明显的变质和颜色加深现象。RT-qPCR 分析表明，HuMYBS3-i 组中 HuMYBS3 基因的表达较 CK 组显著降低 60%。在储存期间，Ti - HuMYBS3 组的果实失重率最高，达到 12.75%，而 Try 组失重率最低，仅为 5.82%。同时，所有组的总黄酮含量先上升后下降，在第四天达到峰值时，Try 组含量最高（5.84mg/g），Ti - HuMYBS3 组最低（4.59mg/g）。这表明 HuMYBS3 影响火龙果中黄酮类物质的生物合成，进而影响果实的保鲜效果。
- HuMYBS3 沉默株系的转录组分析：比较 Try 组和 Ti - HuMYBS3 组的转录组数据，发现 2429 个差异表达基因，其中 1115 个下调，1314 个上调。基因集富集分析（GSEA）显示，在 HuMYBS3 沉默株系中，多个与代谢相关的途径存在显著基因富集，尤其是苯丙烷类生物合成和黄酮类生物合成途径。通过对相关基因的聚类分析，进一步证实了 HuMYBS3 在黄酮类生物合成中的正向调控作用。随后，构建 PPI 网络并对相关基因进行分析，确定 HuCYP84A1、HuCOMT1、HuFHT 和 HuCHI 这四个基因可能是受 HuMYBS3 调控的关键下游靶基因，RT-qPCR 验证了这些基因的表达趋势与转录组数据一致。
- 苯丙烷类生物合成途径关键基因的单细胞转录组分析：基于前期构建的火龙果果皮细胞图谱，对苯丙烷类生物合成途径关键基因进行伪时间分析。结果发现，HuCOMT1、HuCYP84A1、HuFHT 和 HuCHI 这四个基因在伪时间的末期均高表达，其中 HuCHI 和 HuCOMT1 在早期也有较高表达。对这些基因的空间表达特异性研究发现，HuCOMT1 和 HuFHT 在果皮的 2 和 7 细胞簇中特异性上调，HuCHI 在中果皮的 0 细胞簇和果皮的 2 细胞簇中特异性上调，而 HuCYP84A1 在 13 个细胞簇中的 12 个均有表达，无细胞簇特异性。对特定细胞簇的基因进行 GO 富集分析，发现不同细胞簇富集在不同的功能术语上，如 “蛋白质代谢过程”“对生物刺激的响应”“对水的响应” 等。
研究结论与意义
本研究成功鉴定出 HuMYBS3 是胰蛋白酶处理后火龙果中的关键转录因子。通过 VIGS 实验证实，沉默 HuMYBS3 会导致火龙果果实出现显著的表型变化，总黄酮含量下降，这表明胰蛋白酶可能通过上调 HuMYBS3 促进黄酮类生物合成，从而实现保鲜效果。研究还确定了 HuCYP84A1、HuCOMT1、HuFHT 和 HuCHI 为 HuMYBS3 的潜在下游靶基因。基于单细胞转录组学分析，揭示了胰蛋白酶激活的 HuMYBS3 分别通过 HuCOMT1 和 HuCHI 调节下游木质素和黄酮类分支的分子机制。
这一研究成果为火龙果的保鲜机制提供了全新的视角，为深入探索果实生物合成途径和调控机制奠定了基础。同时，也为开发更有效的火龙果保鲜技术提供了理论依据，有望在未来帮助减少火龙果在储存和运输过程中的损失，促进火龙果产业的发展。
