硒富集西瓜籽发芽过程中代谢组与转录组联合解析其响应机制及营养品质调控

为解决硒富集植物分子机制不明的问题，研究人员通过UPLC-MS/MS和Illumina NovaSeq 6000技术开展西瓜籽发芽期硒响应研究，鉴定出81种差异代谢物（DEMs）和999个差异基因（DEGs），揭示硒通过调控PAL、AGXT2等关键基因影响黄酮生物合成和氨基酸代谢通路，为开发营养均衡的富硒西瓜籽提供理论依据。

　　

硒作为人体必需微量元素，在抗氧化和免疫调节中发挥关键作用，但全球约10亿人存在硒摄入不足问题。传统通过动物产品补硒成本高昂，而植物源性硒因转化效率高、成本低成为研究热点。西瓜籽作为中国新疆、甘肃等地的特色农产品，经硒富集后有机硒含量提升至70.2%，但其分子调控机制尚未阐明。针对这一科学空白，武汉某食品科技公司联合研究团队在《Food Chemistry: Molecular Sciences》发表论文，首次通过多组学技术揭示硒调控西瓜籽营养品质的分子开关。

研究采用UPLC-MS/MS（超高效液相色谱-串联质谱）检测代谢物，结合Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序。实验设置硒处理组（8.1 mg/L Na₂SeO₃溶液）和对照组，通过HG-AFS（氢化物发生原子荧光光谱法）验证硒含量变化，并运用PCA（主成分分析）、OPLS-DA（正交偏最小二乘判别分析）等统计方法解析数据。

3.1 代谢物统计与质量控制
QC样本的Pearson相关系数>0.99，TIC（总离子流图）重叠度高，确保数据可靠性。PCA显示两组样本在PC2轴上呈明显分离趋势，OPLS-DA模型R²Y和Q²值均>0.5，证实硒处理引发显著代谢重编程。

3.3 DEMs鉴定与聚类分析
筛选出81个DEMs，包括脂类（如9-F1-植物前列腺素）和有机酸（如3-甲基丙二酸）等。聚类分析显示硒处理显著上调脂质分子，这些物质参与细胞膜稳定性调控，与先前报道的硒增强植物抗逆性机制一致。

3.5 RNA-Seq与差异表达分析
测序获得39.72 GB高质量数据，Q30>95%。鉴定999个DEGs（602个上调），RT-qPCR验证基因表达趋势与测序结果高度一致。GO分析显示上调基因富集于DNA包装复合体等细胞组分，而下调基因涉及激素响应通路。

3.7 多组学联合分析
25条共同通路中，黄酮生物合成和氨基酸代谢最显著。关键基因PAL（苯丙氨酸解氨酶）、4CL（4-香豆酸辅酶A连接酶）表达上调，导致绿原酸含量降低；AGXT2（丙氨酸-乙醛酸转氨酶）下调则改变L-丙氨酸等代谢水平。这些发现与硒促进茶树黄酮积累的报道相呼应，但西瓜籽特有的短时发芽特性导致氨基酸变化模式与其他作物不同。

该研究首次绘制西瓜籽硒响应分子图谱，证实通过调控PAL等靶点可同步提升硒富集效率和营养品质。相比传统育种，基于关键基因的分子设计育种将缩短富硒品种培育周期，为功能型农产品开发提供新策略。研究结果对解决"隐性饥饿"问题具有重要意义，未来可延伸至其他瓜类作物，推动精准营养农业发展。