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绿竹笋（Dendrocalamopsis oldhami）具药用和食用价值，但笋的不良风味影响消费者喜好。研究人员对其两个品种在两个发育阶段进行转录组和代谢组联合分析，发现抗坏血酸和蔗糖积累影响风味，为其产业发展提供理论依据。
在美食的世界里，绿竹笋（Dendrocalamopsis oldhami）本是亚洲的 “宝藏食材”，不仅富含蛋白质、碳水化合物、维生素等营养物质，还有着抗结肠炎、调节肠道菌群等健康益处。然而，它却有个 “小烦恼”—— 出土后的笋带有苦涩味，这让不少消费者对它 “敬而远之”，严重阻碍了绿竹笋相关产业的发展。为了揭开绿竹笋风味形成的神秘面纱，解决这一困扰产业发展的难题，来自国内的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了转录组和代谢组联合分析研究，最终在《Food Chemistry: Molecular Sciences》上发表论文，取得了重要成果。这项研究为绿竹笋产业发展奠定了理论基础，有望让绿竹笋以更美味的姿态走进大众餐桌。
研究人员在此次研究中，主要运用了转录组测序、代谢组学分析以及多种生理指标测定等关键技术。他们采集了绿竹（L）及其自然变种‘花绿竹’（HL）在未出土和出土两个发育阶段的笋作为样本，通过转录组测序（RNA-Seq）来量化与风味物质生物合成相关的单基因表达水平；利用液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）技术进行代谢组学分析，以鉴定和定量差异代谢物；还测定了包括含水量、木质素含量、黄酮含量、苦味评分和蔗糖含量等生理指标。
3. 研究结果
3.1 两个发育阶段 HL 和 L 生理指标的差异
研究人员观察了 HL 和 L 在两个发育阶段的表型，发现出土后的 HL 笋体更纤细，笋壳上黄色条纹更多，色素积累更强。同时，HL 的鲜重和含水量略高于 L，而木质素和黄酮含量更低，其中黄酮含量显著降低了 21.43%。通过志愿者评估苦味得分，发现 HL 的苦味得分低于 L，且未出土阶段的 HL 苦味降低更明显。此外，HL 的蔗糖含量显著高于 L，出土阶段 HL 的蔗糖水平比 L 高 48.84%，这表明 L 和 HL 的风味差异源于甜味和苦味的变化。
3.2 两个发育阶段 HL 和 L 的代谢组学分析
利用 LC-MS/MS 对竹笋进行代谢组学分析，结果显示代谢组测定数据质量良好。研究共鉴定出 304 种属于 24 类的差异代谢物，在一级质谱水平检测到 23,064 种差异代谢物，且有 802 种核心代谢物在各比较组中共享。通过筛选差异积累代谢物（DAMs），发现 HL-W 中维生素 C（抗坏血酸）等物质积累显著高于 L-W，而 HL-C 中抗坏血酸积累相对于 L-C 显著降低。相关性分析表明，抗坏血酸与苦味评分呈正相关，与蔗糖呈负相关，这说明抗坏血酸含量的变化是 HL 和 L 苦味风味差异的原因之一。
3.3 两个发育阶段 HL 和 L 的转录组学分析
通过 Illumina Novaseq 6000 测序平台生成 HL 和 L 在两个发育阶段的转录组数据库，经过质量控制后获得高质量的干净 reads 和大量比对基因。聚类分析显示组内样本相似性更高，存在显著功能差异。差异表达基因（DEG）统计表明，L-W 和 HL-W、L-C 和 HL-C 之间分别有 5910 个和 4097 个 DEGs。GO 和 KEGG 富集分析发现，相关基因主要富集在 “细胞过程”“代谢过程” 等类别，以及 “代谢途径”“次生代谢物的生物合成” 等 KEGG 途径，其中 L-C 和 HL-C 之间还在 “淀粉和蔗糖代谢” 途径显著富集。
3.4 绿竹笋中抗坏血酸和蔗糖的从头生物合成
基于 RNA-Seq 数据构建抗坏血酸和蔗糖的从头生物合成途径。抗坏血酸主要通过 L - 半乳糖途径合成，L 中编码抗坏血酸生物合成酶的基因呈明显增长趋势，而 HL-C 中部分基因表达下降，如 PMI1、PMI2 和 VTC2，这导致两个品种抗坏血酸积累存在差异。蔗糖生物合成途径中，编码相关酶的基因表达总体呈上升趋势，且 HL 中表达普遍高于 L，如 cyFBPase2、SPP1 和 SPP2，说明这些基因与蔗糖积累密切相关。
3.5 抗坏血酸和蔗糖的共表达网络构建
通过 Pearson 相关分析构建共表达网络，发现抗坏血酸积累与 GLDH、L-galDH1 和 GME1 显著相关，蔗糖积累与 SPP2、SPS1 和 SPP1 显著相关，这些基因可能直接调节抗坏血酸和蔗糖的积累。利用 WGCNA 网络分析，确定了 9 个模块，其中 darkorange 模块与抗坏血酸和蔗糖积累关系密切。进一步分析发现，40 个转录因子家族参与抗坏血酸和蔗糖的生物合成，其中抗坏血酸生物合成基因与 NAC、GRAS 和 LBD 关系密切，蔗糖生物合成基因与 AP2/ERF、DBB 和 C2H2 关联度较高。综合转录组和代谢组数据的 Spearman 分析表明，关键风味代谢物的积累模式与关键功能基因和潜在上调因子的表达模式显著相关。
3.6 转录组数据的 qRT-PCR 验证
为评估转录组数据的可靠性，研究人员对参与抗坏血酸和蔗糖生物合成途径的 DEGs 以及相关转录因子进行 qRT-PCR 验证。结果显示，RNA-seq 数据的 FPKM 值与 qRT-PCR 测定的相对表达水平趋势相似，且两者相关性强，表明 RNA-Seq 结果可信度高。
4. 研究结论与讨论
研究表明，HL 相较于 L 具有更好的食用品质，其较低的苦味可能归因于黄酮类化合物的减少和蔗糖含量的增加。抗坏血酸和蔗糖的差异积累模式是绿竹笋风味形成差异的主要因素，GLDH、L-galDH1 和 GME1 等基因促进抗坏血酸的生物合成，而 SPS1、SPP1 和 SPP2 等基因与蔗糖积累密切相关。此外，AP2/ERF、NAC 等转录因子可能参与调节抗坏血酸和蔗糖的生物合成。然而，抗坏血酸和蔗糖积累模式的潜在调控机制尚未完全明确，有待进一步研究。这项研究首次揭示了绿竹笋的风味形成机制，为通过精确基因编辑提高绿竹笋风味品质提供了理论依据，对推动绿竹笋产业的发展具有重要意义。
