《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Comparative biochemical and transcriptomic profiling of a?aí and cacao fruits from Eastern Amazon agroforestry systems
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农林复合（agroforestry）是一种将生产与可持续性相结合的农业实践。在巴西亚马逊东部地区，该系统被用于收获阿萨伊（a?aí）和可可（cacao）等本地水果。然而，不同的管理策略可能与这些果实的对比性生化和分子特征相关。为评估这些差异，研究人员对来自托梅
农林复合（agroforestry）是一种将生产与可持续性相结合的农业实践。在巴西亚马逊东部地区，该系统被用于收获阿萨伊（a?aí）和可可（cacao）等本地水果。然而，不同的管理策略可能与这些果实的对比性生化和分子特征相关。为评估这些差异，研究人员对来自托梅阿苏（Tomé-A?u，帕拉州，巴西）两个相邻农林复合系统（agroforestry systems，AFS）的阿萨伊果肉和带附着假种皮的可可种子（cacao seeds with adhering arils）进行了比较性观察分析，其中一个农场代表有机管理方式（AFS19），另一个代表常规管理方式（AFS27）。分析重点集中在微量元素组成、代谢多样性及基因表达。两种果实的元素组成总体相似，但来自AFS19的阿萨伊的磷（P）和铜（Cu）浓度分别高出35%和38%，而来自AFS27的可可的钙（Ca）、锰（Mn）、镁（Mg）和硫（S）浓度高出17%–30%。阿萨伊和可可来自AFS19的代谢谱都更加多样，并包含若干推定化合物，如芹菜素（apigenin）和七叶苷（esculin），仅在AFS19的样本中被初步注释。转录组数据显示，来自AFS19的阿萨伊果肉中与抗氧化过程和胁迫抗性相关的基因表达较高，而AFS27中与成熟、蛋白水解和类黄酮生物合成相关的基因表达较高。在可可种子中，AFS19表现出与种子保护和碳水化合物代谢/储备动员相关的转录本表达较高，而AFS27则表现出与病原体抗性、种衣和成熟相关的基因表达较高。总体而言，综合分析揭示了两个农林复合系统之间不同的生化和转录组特征，提供了热带农林复合系统中与对比管理方式相关的果实特征的比较数据。
农林复合系统（agroforestry systems，AFS）是一种将作物生产与植被多样性相结合的土地利用方式，有助于维持土壤健康、养分循环和生物多样性。在巴西亚马逊东部，阿萨伊（Euterpe oleracea Mart.）和可可（Theobroma cacao L.）是区域农林复合系统中重要的经济作物，但不同管理策略（如有机械或矿物施肥、石灰施用）可能影响果实的元素组成、代谢物谱和基因表达。已有研究虽分别表征过这两种果实的化学成分、元素谱和转录特征，但较少将多种组学手段联合应用于真实农户经营系统，以比较不同管理历史下的果实差异。为此，研究人员在帕拉州托梅阿苏选取了两个相邻、由农户经营且土地使用历史相似的农林复合系统：AFS19（约19年，以有机肥为主要外源肥料，较少施石灰）和AFS27（约27年，使用化学肥料并定期施石灰），对阿萨伊果肉和可可种子（带附着假种皮）的微量元素、非靶向代谢组和转录组进行了比较观察。
研究人员采用的主要技术方法包括：元素分析采用微波酸消解结合电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES），测定钠、镁、钾、钙、锰、铁、铜、锌、硼、铝、磷、硫等12种元素；代谢组学采用液相色谱-离子阱质谱联用（LC-MS）进行非靶向分析，结合保留时间、精确质量数和MS/MS碎片进行推定注释；转录组学对每作物每系统各4个采样单元进行RNA提取和Illumina测序（PE150），阿萨伊读数比对到非洲油棕（Elaeis guineensis）参考基因组（因缺乏E. oleracea高质量基因组），可可读数比对到可可参考基因组（Criollo cocoa genome V2），并使用edgeR进行差异表达分析。所有果实样本均于2023年12月收获期末在两个农场内采集，元素分析每系统3个采样单元，代谢组分析每系统2个采样单元，每个采样单元来源于不同树，样本在农场内视为嵌套抽样单元，而非独立重复。
结果围绕两个小标题展开。**3.1 果实化学和代谢谱**：阿萨伊果肉的元素组成在两个系统间总体相似，但AFS19中铜（Cu）和磷（P）分别显著高出38%和35%；AFS27样本中钙、钾、铝、铁、锌和硼的绝对浓度较高，AFS19中铜、锰、钠、镁、磷和硫的绝对浓度较高。可可种子中，AFS27的锰（Mn）、硫（S）、钙（Ca）和镁（Mg）显著高于AFS19，而钾（K）显著低于AFS19；铝和钠在AFS27样本中未检出。未靶向代谢组显示，AFS19阿萨伊肉中检出的推定化合物数量更多，芹菜素-7-O-葡萄糖苷、芹菜素-7-O-葡萄糖基葡萄糖苷、槲皮素-3-O-鼠李糖苷和咖啡酸仅在AFS19样本中被初步注释；AFS27则检出槲皮素和油酸。可可试样中，七叶苷、尿苷-5-单磷酸、果糖-1,6-二磷酸、amorphigenin、tricin等仅在AFS19样本中被注释，而原花青素B1、色氨酰甘氨酸和苯乙酰天冬氨酸仅在AFS27中被注释。这些化合物鉴定为初步、非靶向结果，未使用标准品确认，且检测差异不代表生物学上的绝对有无。
**3.2 转录组和基因表达**：阿萨伊转录组聚类显示，AFS19的三个采样单元（A01–A03）聚为一组，但AFS19的A04与AFS27样本（A05–A08）聚在一起，A04对应白色阿萨伊表型（花色苷色素明显减少），提示个体表型或基因型变异的影响。差异分析中，在29,571个注释基因中，72.9%有可检测表达，仅1.3%在两组间达到显著差异；AFS19中较高表达基因包括类甜蛋白1B、病程相关蛋白PRB1-3、氧化酶和漆酶等与抗氧化和胁迫应答相关的转录本，而AFS27中较高表达基因涉及成熟（expansin B18）、非特异性脂质转移蛋白、花青素合酶和查尔酮合酶等。可可转录组中，18,333个基因有表达，约22.5%（4,124个）在两个系统间有显著差异；AFS19中较高表达基因涉及种子保护和碳水化合物代谢，如羟甲基戊二酰辅酶A裂解酶、fasciclin样阿拉伯半乳聚糖蛋白3、expansin B1和伴侣蛋白dnaJ 11；AFS27中较高表达基因涉及病原体抗性、种衣和成熟，如抗病蛋白At4g27220、LRR受体样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶FLS2、延伸蛋白、过氧化物酶47和木葡聚糖内转糖基酶/水解酶9。此外，大量高表达基因按功能分类列出，但多数未达到统计显著，仅作为描述性特征。
讨论部分指出，元素、代谢物和转录组上的差异反映了两个农场作为整体系统之间的关联性差异，不能归因于有机或常规管理的独立效应。可能影响差异的因素包括系统年龄、果实成熟度、基因型、土壤和植被未量化特征以及未记录的管理历史。代谢组注释缺乏标准品验证，阿萨伊使用异源参考基因组也可能造成比对偏差，因此结果是探索性的。生态学意义方面，这些数据为未来在多个重复农场、年份和发育阶段开展的假设检验提供了基础。结论翻译如下：元素谱、非靶向代谢组学和转录组学的整合分析识别了东亚马逊两个相邻农林复合系统中阿萨伊和可可果实的生化和基因表达差异；AFS19和AFS27在若干元素浓度、部分暂定代谢物检出以及特定发育、代谢和胁迫相关基因表达上存在差异；但这些观察不应被视为营养优越性、抗逆性增强或特定管理策略因果效应的证据。由于每个管理历史仅由一个农场代表，观察到的差异无法与系统年龄、果实成熟度、基因型、土壤性质、植被特征等场地特异性因素分离。本研究因此提供了两个系统果实变异的探索性多组学特征，并提出了关于农林复合管理实践与果实生化和转录特征之间可能关联的假设；验证这些假设需要跨多个独立农场、年份、发育阶段和环境条件的重复研究，以及更详细的管理、土壤、植被和成熟度数据和对候选代谢物的靶向验证。
