《BMC Plant Biology》：Integrated metabolome analysis and transcript profiles revealed a potential role of SWEETs in sugar accumulation during Carrot taproot development
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为探究胡萝卜肉质根发育过程中包括糖分在内的代谢物动态变化及 SWEETs 在其中的作用，研究人员开展了胡萝卜肉质根发育的代谢组和转录组分析。结果发现 539 种差异积累代谢物，34 种糖分相关代谢物，17 个 DcSWEET 基因在根中表达。这为胡萝卜品质育种提供了依据。
胡萝卜，这种在日常生活中常见的蔬菜，富含多种营养物质，是人们餐桌上的常客。然而，在胡萝卜肉质根的发育过程中，糖分的积累规律以及背后的调控机制却一直是个谜。糖分在植物的生长发育、应对生物和非生物胁迫中都起着至关重要的作用，对于胡萝卜而言，其肉质根中的糖分积累更是直接关系到胡萝卜的品质和市场价值 。但目前，胡萝卜肉质根在发育过程中糖的种类、变化情况以及相关调控机制并不清楚。
为了解开这些谜团，淮阴工学院和南京农业大学的研究人员开展了深入研究。研究人员通过对不同发育阶段胡萝卜根的研究，确定了代谢物的动态变化，分析了 SWEET（Sugars Will Eventually be Exported Transporter）基因及其表达模式，旨在揭示 SWEETs 在胡萝卜糖分运输和积累中的作用。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用超高效液相色谱 - 电喷雾串联质谱（UPLC - ESI - MS/MS）系统对胡萝卜根中的代谢物进行检测和分析 。其次，通过基因组分析鉴定胡萝卜中的 SWEET 基因家族成员，借助转录组测序（RNA - seq）技术测定不同发育阶段 DcSWEET 基因的转录丰度，并用实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT - PCR）对部分基因表达进行验证。
研究结果如下：
- 代谢组学分析：研究人员在胡萝卜根发育的三个阶段（播种后 25 天、40 天和 90 天）采集样本进行代谢组学分析，共鉴定出 727 种代谢物。主成分分析（PCA）显示，这些样本明显分为 3 个不同亚组。进一步的差异代谢物分析发现，共有 539 种差异积累代谢物，其中上调的代谢物数量始终少于下调的代谢物。KEGG 通路富集分析表明，差异代谢物主要涉及代谢途径、ABC 转运体、氨基酸生物合成等多个途径 。
- 糖分积累分析：在胡萝卜根发育过程中，共鉴定出 34 种差异积累的糖代谢物。其中，大部分（24 种，70.59%）糖相关代谢物随着肉质根的发育呈持续增加趋势，包括蔗糖（d - sucrose）、葡萄糖（d - glucose）和果糖（d - fructose）等常见的 SWEET 家族转运底物 。
- DcSWEETs 的鉴定与分析：基于胡萝卜基因组，研究人员鉴定出 30 个非冗余的 SWEET 基因。这些 DcSWEETs 蛋白长度在 201 - 313 个氨基酸之间，理论等电点（pI）值在 5.15 - 9.64 之间，大部分（70%）含有 7 个跨膜螺旋（TMHs） 。系统发育分析将 DcSWEET 蛋白分为 4 个不同组。
- DcSWEET 基因的表达谱：研究发现，共有 17 个 DcSWEET 基因在胡萝卜根发育过程中表达，且大多数基因存在不同程度的差异表达。例如，DcSWEET15 的转录水平随着时间延长持续增加，而 DcSWEET2a 则呈现相反趋势 。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，本研究首次全面分析了胡萝卜根发育过程中的代谢物积累情况，发现脂质等物质的积累模式随根发育发生变化，这有助于理解胡萝卜根的发育过程。同时，研究确定了胡萝卜根发育过程中存在 34 种差异积累的糖代谢物，为研究胡萝卜糖分积累机制提供了重要线索。此外，17 个 DcSWEET 基因在胡萝卜根中的表达，暗示了它们在糖分积累和根发育中的潜在作用，尤其是 DcSWEET15、DcSWEET2b 和 DcSWEET6d 的表达与蔗糖、葡萄糖和果糖的积累相关 。
总的来说，该研究为深入理解胡萝卜肉质根发育过程中的糖分积累机制提供了重要依据，有助于推动胡萝卜品质育种工作，提高胡萝卜的产量和质量，在农业生产领域具有重要的意义。
