花椒果实颜色形成机制解析：花青素合成关键基因与代谢物的动态调控研究

本研究针对花椒'Hanyuan'品种果实颜色形成机制不明的问题，通过多组学联合分析揭示了花青素合成的分子调控网络。研究人员追踪了13个发育阶段的表型变化，结合转录组(WGCNA)和靶向代谢组(LC-MS/MS)技术，鉴定出8种关键花青素代谢物(Cyanidin-3-O-rutinoside等)及其调控基因(ZbFLS11/ZbCYP98A32等)，发现MYB113与bHLH6通过激活结构基因表达调控色素积累。该研究为花椒品质改良提供了分子靶点，发表于《BMC Plant Biology》。

　　

花椒作为我国重要的香辛料树种，其果实颜色是决定市场价值的关键性状。然而，关于'Hanyuan'品种果实颜色形成的分子机制尚属空白。花青素作为植物主要的呈色物质，其合成途径虽在模式植物中已有研究，但在花椒这类特色经济作物中仍缺乏系统解析。随着消费者对农产品外观品质要求的提高，揭示花椒果实颜色形成的调控机制，不仅具有理论意义，更能为分子育种提供靶点，提升产业效益。

四川农业大学林学院的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了关于花椒'Hanyuan'品种果实发育过程中颜色相关基因与代谢物动态变化的研究。该研究综合运用表型分析、靶向代谢组学和转录组学技术，首次系统阐明了花椒果实颜色形成的分子基础。

研究主要采用以下技术方法：对13个发育阶段(1-115 d AF)的花椒果实进行表型观察和总花青素含量测定；选取5个关键时期(23/39/64/86/100 d AF)进行LC-MS/MS靶向代谢组分析；同步开展转录组测序和加权基因共表达网络分析(WGCNA)；通过qRT-PCR验证关键基因表达模式；利用启动子顺式元件分析预测转录因子结合位点。

果实表型与花青素积累规律
研究发现花椒果皮颜色从浅红渐变为深红的过程与花青素积累高度相关。64 d AF时总花青素含量达峰值(63.22 mg·g^-1 FW)，而叶绿素和类胡萝卜素含量随发育逐渐降低，证实花青素是主导呈色物质。

关键花青素代谢物鉴定
代谢组分析鉴定出60种花青素衍生物，其中8种在四个比较组中共同显著上调：Cyanidin-3-O-rutinoside、Cyanidin-3-O-xyloside、Naringenin等。这些代谢物在64/86/100 d AF含量最高，特别是Cyanidin-3-O-xyloside在86 d AF达到峰值，可能是红色形成的关键物质。

花青素合成通路基因表达
转录组分析发现苯丙烷代谢途径(PAL、4CL、C4H)和类黄酮合成途径(CHS、F3H、CYP75B1等)基因显著富集。Zb4CL1表达与Petunidin-3-O-(6-O-p-coumaroyl)-glucoside积累正相关；ZbCHS家族五个成员(ZbCHS1-5)在64 d AF高表达，可能调控Delphinidin-3-O-(6-O-malonyl-β-D-glucoside)合成。

调控网络构建
WGCNA揭示MEblue模块基因在64-86 d AF高表达，包含15个花青素合成相关基因。ZbCYP98A32和ZbFLS11与三种花青素代谢物显著相关。启动子分析发现这些基因均含有MYB结合元件，暗示MYB113可能通过结合Zb4CL1/ZbCYP98A32/ZbFLS11启动子调控合成通路。

转录因子调控机制
共鉴定25个差异表达的MYB/bHLH转录因子。相关性分析显示bHLH6与ZbCHS1-5、ZbC4H2/3表达正相关，可能形成MYB113-bHLH6复合体激活下游基因表达。qRT-PCR验证了ZbFLS11与bHLH6/MYB113的协同表达模式。

该研究首次绘制了花椒果实花青素合成的分子调控网络，发现MYB113可能通过与bHLH6互作，激活ZbFLS11等结构基因表达，促进Cyanidin和Petunidin类花青素积累。这些发现不仅丰富了植物次生代谢调控理论，更为花椒品种改良提供了分子标记——通过调控MYB113-bHLH6模块可定向改良果实颜色性状。未来研究可进一步验证这些转录因子与结构基因的调控关系，并探索光照等环境因子对颜色形成的影响，为制定精准栽培措施提供依据。