壳聚糖通过激素与代谢重编程调控芒果果实成熟的多组学整合研究

为解决芒果采后快速成熟劣变问题，研究人员通过整合转录组学和代谢组学分析，揭示了壳聚糖（chitosan）通过抑制ABA（abscisic acid）生物合成（NCED3/ABA2）和乙烯信号（ETR1/EIN3），同时激活ABA降解（CYP707A1/4）及γ-氨基丁酸（GABA）积累，延缓芒果成熟进程。该研究首次发现WRKY53和bZIP/RF2b转录因子作为调控枢纽，为靶向调控跃变型果实保鲜提供了新策略。

　　

芒果作为全球重要的热带经济作物，其采后快速成熟和品质劣变导致巨大损失。传统保鲜技术多依赖单一指标调控，而芒果成熟涉及复杂的激素互作（如ABA与乙烯）和代谢网络协同，但分子机制尚不明确。尤其壳聚糖虽能延长货架期，其对关键激素通路（如ABA-乙烯交叉对话）和转录调控网络的影响仍属空白。

为破解这一难题，伊犁师范大学生物科学与技术学院新疆薰衣草保育与利用重点实验室的研究团队以“台农”芒果为模型，通过多组学整合分析，系统解析了1%壳聚糖处理延缓成熟的分子机制。研究发现壳聚糖通过双重激素衰减（抑制ABA合成与乙烯信号）、GABA介导的代谢重编程以及关键转录因子调控，实现了果实品质的协同保持。相关成果发表于《Food Chemistry: Molecular Sciences》。

研究采用1%壳聚糖溶液处理芒果，通过生理指标监测结合转录组（RNA-seq）和代谢组（UPLC-MS/MS）分析，锁定4天处理组（4 DAP）为关键时间点。技术方法涵盖：感官与理化评价（硬度、色素、可溶性固形物）、细胞壁组分分离（WSP/CSP/HSP）、靶向代谢物检测（有机酸、激素）、差异基因筛选（|log2FC|>1，FDR<0.05）及qRT-PCR验证。

3.1 生理与生化特性

壳聚糖处理显著延缓果实软化（12天硬度保留9.62 N vs 对照2.68 N），抑制水溶性果胶（WSP）积累（60.8% vs 对照65.1%），维持结构性果胶（CSP/HSP）和纤维素。同时保留叶绿素（0.06 mg/g vs 对照0.02 mg/g），并调控类胡萝卜素动态，延缓转黄。

3.2 代谢重编程

代谢组发现166个差异代谢物（DAMs），包括GABA与柠檬酸显著富集（r=0.92），且与ABA呈负相关（r=-0.85）。壳聚糖上调三羧酸循环中间体（柠檬酸、顺乌头酸），同时抑制淀粉降解基因（BAM7/PHS2），维持碳代谢稳态。

3.6 色素通路调控

类胡萝卜素合成基因PSY上调，但ABA合成基因NCED3被抑制，而降解基因CYP707A1/4激活，形成“合成-降解平衡”。黄酮途径中F3H和DFR上调，增强抗氧化能力。

3.8 激素信号干预

壳聚糖双重抑制ABA信号（PYL4/PP2CA下调）和乙烯通路（ETR1/EIN3下调），阻断激素协同效应。尤其ABA受体PYL4的转录重编程提示其可能独立于ABA参与应激响应。

3.9 转录因子网络

WRKY53（ABA正调控因子）和bZIP/RF2b被鉴定为核心枢纽。WRKY53下调可能解除其对NCED3和乙烯基因的激活，而bZIP/RF2b上调或通过磷酸化修饰整合激素信号。

该研究首次揭示壳聚糖通过“GABA-ABA拮抗”和“WRKY53-bZIP/RF2b双枢纽”模型延缓芒果成熟，突破传统单一激素调控思路。实践上，1%壳聚糖处理可实现硬度保留3.6倍、酸度维持112.5%，为开发靶向保鲜技术提供分子模板。理论层面，发现WRKY53在跃变果实中的保守调控功能，填补了ABA-乙烯转录交叉的研究空白。未来需验证不同品种响应及浓度梯度效应，以推动技术产业化应用。