腰果苹果成熟过程中代谢模式的解密：基于非靶向代谢组学的全面分析

本研究针对腰果苹果成熟过程中代谢变化机制不清的问题，通过UHPLC-MS非靶向代谢组学技术，系统分析了四个成熟阶段的2379种代谢物。研究发现差异代谢物主要富集于氨基酸-tRNA生物合成、嘌呤代谢等通路，揭示了D-谷氨酰胺代谢与苯丙氨酸途径在成熟后期的关键作用，为优化采收和加工提供了分子层面的科学依据。

　　

腰果苹果作为腰果果实的主要可食部分，其营养价值远超橙汁和芒果，富含维生素C和β-胡萝卜素。然而，人们对这种热带水果成熟过程中的代谢变化知之甚少，这限制了其品质调控和加工利用。随着代谢组学技术的发展，解析水果成熟过程的分子机制成为可能，但腰果苹果的代谢特征仍是一片空白。

研究人员采用超高效液相色谱-高分辨质谱联用技术（UHPLC-HRMS），对中国热带农业科学院保存的B7品种腰果苹果四个发育阶段（CA1-CA4）进行代谢物检测。通过主成分分析（OPLS-DA）和代谢通路富集分析（MSEA），结合火山图和聚类热图可视化技术，系统解析了代谢动态变化规律。

3.1 腰果苹果成熟过程的代谢特征分析

通过Z-score归一化处理的聚类热图显示，2379种代谢物呈现三类表达模式：I类随成熟度持续上升，II类逐渐下降，III类在CA2阶段达到峰值。其中类黄酮化合物在CA1阶段高表达，而叶啉酸等光合相关代谢物在CA4阶段富集，揭示了发育阶段与成熟期代谢功能的显著差异。

3.2 差异代谢物的种类富集特征

氨基酸及肽类（37种）、类固醇（20种）和脂肪酸（26种）是CA2_vs_CA1阶段最主要的差异代谢物。值得注意的是，L-酪氨酸含量在CA2阶段显著降低后回升，而D-谷氨酰胺持续积累，暗示其在细胞信号传导和抗氧化防御中的双重作用。

3.3 差异代谢物的筛选与功能

火山图分析发现CA3_vs_CA2阶段存在384个上调和923个下调代谢物。花青素前体三色堇黄素在CA3阶段被大量消耗，而氰定-3-O-阿拉伯糖苷的积累与果皮转红直接相关，这解释了腰果苹果成熟过程中的颜色转变机制。

3.4 代谢通路的阶段特异性调控

KEGG分析显示，CA4_vs_CA3阶段差异代谢物在氨基酸-tRNA生物合成通路富集度最高（15个代谢物），特别是L-天冬酰胺和L-组氨酸等。D-谷氨酰胺代谢通路的高富集度（p<0.001）表明其在成熟后期氮代谢中的核心地位。

该研究首次绘制了腰果苹果成熟过程的代谢图谱，发现氨基酸-tRNA生物合成和D-谷氨酰胺代谢是调控成熟品质的关键通路。这些发现不仅为理解腰果苹果发育生物学提供了新视角，更为选育高营养品种和开发功能性食品提供了分子靶点。未来研究可整合转录组数据，深入解析代谢网络的上游调控机制。