硫化氢调控白肉草莓果实成熟与色泽转变的转录组与代谢组学机制研究

草莓作为高经济价值园艺作物，其采后易腐问题制约产业发展。本研究通过NaHS(硫化氢供体)和HT(硫化氢清除剂)处理白肉草莓‘Snow White’，结合多组学分析揭示H2 S通过调控苯丙烷生物合成通路关键基因(Fa4CL3/FaF3H3/FaPAL2)及ERF13/NAC031/MYB75等转录因子延缓成熟，为草莓栽培与储运提供新策略。

　　

研究背景
草莓（Fragaria ananassa）因其美味与营养成为全球重要经济作物，但成熟后果实软化快、易腐烂的特性导致运输损耗率高达30%。尤其白肉草莓‘Snow White’在成熟期经历从绿到乳白的显著色泽转变，更易因过早成熟降低商品价值。传统保鲜技术存在化学残留风险，而气体信号分子硫化氢（H₂
S）近年被发现在调控果蔬成熟中具有潜力。先前研究表明H₂
S可通过影响活性氧（ROS）和植物激素延缓采后草莓衰老，但其在果实发育阶段的调控机制仍是空白。

为解决这一科学问题，来自盐城农业技术推广中心的研究团队通过整合生理指标测定、转录组与代谢组学分析，系统解析了H₂
S调控草莓成熟的关键通路。研究发现外源NaHS处理能维持果实硬度、抑制蔗糖积累，并通过激活L-半胱氨酸脱巯基酶（LCD）和D-半胱氨酸脱巯基酶（DCD）活性提升内源H₂
S水平。该成果发表于《Postharvest Biology and Technology》，为开发新型果实成熟调控技术奠定理论基础。

关键技术方法
研究采用1.5 mM NaHS和5 mM HT处理绿果期(S1)、转色期(S2)和完熟期(S3)草莓，测定硬度、总花青素(TAC)等生理指标。通过LC-MS/MS非靶向代谢组检测832种代谢物，RNA-seq分析差异表达基因，WGCNA构建共表达网络。采用酵母单杂交(Y1H)和双荧光素酶报告系统(DLR)验证转录因子与靶基因启动子结合。

研究结果

NaHS和HT处理影响果实成熟相关生理指标
NaHS处理组在S3阶段保持显著较高硬度(23.5 N vs 对照组18.2 N)，总可溶性固形物(TSS)降低14.3%，但花青素含量提升1.8倍。HT处理则加速颜色转变，表明H₂
S直接参与成熟调控。

内源H₂
S合成关键酶活性变化
NaHS使LCD/DCD酶活性在S3期提升2.1-2.3倍，对应基因FaLCD1/FaDCD2表达量上调3.5倍，而HT处理组酶活性下降40%。

代谢组学揭示苯丙烷通路核心作用
差异代谢物富集显示苯丙烷生物合成通路显著激活，其中阿魏酸、芥子酸等酚类物质在NaHS组积累，与色泽维持正相关。

转录组与WGCNA分析关键调控网络
鉴定到62个转录因子与苯丙烷合成基因共表达，ERF13与Fa4CL3启动子结合激活其表达，NAC031调控FaF3H3，MYB75则靶向FaPAL2。

结论与意义
该研究首次阐明H₂
S通过"转录因子-结构基因-代谢通路"三级网络调控草莓成熟：ERF13/NAC031/MYB75等转录因子直接激活苯丙烷通路关键基因，促进酚类物质积累延缓色泽转变；同时H₂
S通过维持细胞壁完整性抑制软化。这一发现不仅拓展了气体信号分子在果实发育领域的应用场景，所鉴定的Fa4CL3/FaF3H3等靶基因为分子育种提供了新标记，NaHS处理方案更可直接应用于草莓采前品质管理。研究团队指出，未来需进一步解析H₂
S与乙烯信号的交叉调控机制，以优化精准调控策略。