百合中瓶插寿命、类胡萝卜素组成与逆行信号基因表达之间的关联

《Postharvest Biology and Technology》：Links between vase-life, carotenoid composition, and retrograde signalling gene expression in lilies

- 类胡萝卜素组成与百合属植物的开花和衰老相关。- 百合衰老过程中的氧化应激信号受类胡萝卜素组成的调节。- EXECUTER1和EXECUTER2在花朵中的表达首次被检测到。- 我们的结果对观赏花卉的新育种策略具有重要意义。## 引言切花商业化的时间窗口很短，因为衰老症状会在采收后几天内突然出现。这种特性对商业利润构成重要劣势，考虑到美观性是购买的主要驱动力，而全球市场规模超过300亿美元（Market Growth Reports, 2020）。为了满足消费者需求，育种和基因编辑计划致力于获得具有多种颜色和香味的观赏花卉（Noman et al., 2017, Su et al., 2019）。因此，花瓣或花被片中色素积累的机制已被广泛研究，涉及的观赏花卉属包括玫瑰（Cheng et al., 2021）、非洲菊（Yuan et al., 2024）、菊花（Mekapogu et al., 2020）和百合（Bakhshaie et al., 2016）等。在自然界中，色素对花朵产生特定图案和吸引传粉者具有重要功能，但它们也是一种相关的抗氧化成分。然而，与其抗氧化活性相关，拥有色素在花朵发育中的意义在很大程度上被忽视了。花卉色素主要分为三大类：类胡萝卜素、花青素和甜菜色素，其中类胡萝卜素产生黄色至橙色（Nadot and Carrive, 2021），尽管其他两种化学组也可产生黄色色调。类胡萝卜素是脂溶性异戊二烯化合物，参与光捕获、光保护以及作为花朵色素吸引传粉者（Morelli and Rodríguez-Concepción, 2023）。该色素家族包括类胡萝卜素和叶黄素，后者是前者羟基化和环氧化后的产物。通过高效液相色谱（HPLC）在花朵中已鉴定出多种形式的类胡萝卜素和叶黄素（Mu?oz and Munné-Bosch, 2018, Tai and Chen, 2000, Deineka et al., 2023）。参与光保护机制的如叶黄素、β-胡萝卜素和紫黄质、玉米黄质和茴香黄质（VZA）可能在涵盖叶绿体转变的发育过程中具有重要意义。花瓣和花被片组织中的类胡萝卜素积累涉及从叶绿体到有色体的转变（Hansmann et al., 1987）。类胡萝卜素可以储存在质体小球中，或以晶体沉淀形式存在于有色体中，而色素形成过程涉及这些质体细胞器中类囊体结构的破坏和叶绿素的降解（Morelli et al., 2023）。这些过程可能导致与叶绿体拆解相关的光抑制事件中活性氧（ROS）生成增加。先前的非色素花朵研究表明，在开花过程中，由于光合系统II最大效率（F_vF_m）降低，光化学能力显著下降（Mu?oz and Munné-Bosch, 2018）。该过程与脂类过氧化初级产物的激增相关，脂类氢过氧化物（LOOH）水平升高，并受生育酚和生育三烯酚等抗氧化剂的精细调控，它们在限制LOOH程度和清除单线态氧（¹O₂）方面起关键作用（Mu?oz and Munné-Bosch, 2018）。然而，当细胞保留参与光保护和氧化应激缓解的类胡萝卜素时，对花朵开放或衰老的影响仍有待阐明。开花和衰老也伴随着突发的ROS激增，这些ROS构成调节信号以微调生理过程的时间（Rogers and Munné-Bosch, 2016; Mu?oz and Munné-Bosch, 2018）。然而，关于可能参与发育过程调控的氧化应激相关信号缺乏信息。不同细胞区室中产生的ROS已描述了不同的信号通路（Mu?oz and Munné-Bosch, 2018）。与¹O₂产生相关的信号级联已被联系到植物适应过程中的光抑制和程序性细胞死亡（Liu et al., 2026）。由氧化类胡萝卜素产物介导的逆行信号在光合组织中一直是主要兴趣所在（D'Alessandro and Havaux, 2019）。已知β-胡萝卜素在PSII中作为局部传感器发挥作用，其氧化产物β-环柠檬醛通过锌指蛋白亚甲基蓝敏感性1调节¹O₂响应核基因的一个子集（Shumbe et al., 2017, D'Alessandro et al., 2018）。然而，其他¹O₂信号通路对更广泛的信号网络有所贡献，包括由EXECUTER家族调控的那些（Liu et al., 2026）。EXECUTER通路已被确认为介导ROS产生的突然增加，特别是在¹O₂产生大幅增加的光抑制事件中（Kim and Apel, 2013）。EXECUTER家族包括定位于叶绿体基粒边缘的旁系同源基因EX1和EX2，它们通过EX1蛋白酶解肽与叶绿体中TOC-TIC转运机制的相互作用来介导¹O₂信号（Liu et al., 2026）。有人提出EX2通过微调EX1依赖的¹O₂信号强度来调节EX1的功能（Dogra et al., 2022）。然而，这些蛋白之间的功能层级并不完全清楚，因为一些近期研究表明EX2可以在一定程度上独立于EX1发挥作用，促进水杨酸生物合成并抑制光合基因（Wang and Wu, 2025）。拟南芥EX1和EX2蛋白含有高度保守的C端单线态氧感受体（SOS）结构域，其中包含两个不同的色氨酸残基，负责蛋白质的氧化翻译后修饰（Liu et al., 2026）。其遗传学和蛋白质组学表征主要局限于拟南芥。然而，考虑到光抑制可能源于叶绿体完全拆解或花朵发育过程中的有色体分化，在花朵发育的不同阶段表征EXECUTER基因表达可能为逆行信号提供重要信息。在百合中，花被片的黄色至橙色着色源自类胡萝卜素（Yamagishi et al., 2010）。百合包含90多个物种，LA（Lilium longiflorum [Leucolirion组] × 亚洲杂种百合）杂交种是重要的商业群体。在这些百合中，橙色可能源自亲本物种，其中椒红素和辣椒红素是主要色素（Jekni? et al., 2012）。这些色素是由椒红素-辣椒红素合酶作用于茴香黄质和紫黄质产生的，而后者则由β-胡萝卜素和玉米黄质合成（Yamagishi, 2013），尽管编码叶黄素合成酶的基因也存在（Yamagishi et al., 2010）。利用市场上可用的多种LA杂交品种，包括白色和不同色调的黄色/橙色，我们选择了无色素和积累类胡萝卜素的黄色/橙色品种，以评估在花被细胞中含有类胡萝卜素在开花和花朵衰老晚期阶段是否存在优势。目的是阐明氧化应激与其影响百合花朵发育能力之间的关系。## 部分片段### 植物材料、发育评估和采样百合亚洲种 × 香水百合（LA）杂交品种'Litouwen'、'Beau soleil'、'Caesars Palace'和'Yellow diamond'购自Vives Serra, S.L.（西班牙巴塞罗那Vilassar de Mar）。将具有闭合小花蕾（阶段I，闭合小花蕾）且至少有一朵花处于阶段II（晚期花蕾；分级基于Arrom和Munné-Bosch, 2010）的花茎手工切割，放入装有水的大花瓶中，并转移至巴塞罗那大学Camps实验基地（西班牙巴塞罗那），所有在### 百合花朵开放和衰老的时间与品种及叶绿体光抑制的关系具有对比颜色类胡萝卜素组成的百合品种从阶段I到V进行了表征（图1、图3），以确定开放和衰老的时间是否可能取决于此特征。对每个品种150多朵花进行为期12天的分析，允许比较开花和衰老的时间（图2、图3）。白色'Litouwen'花表现出快速的开花进程，初始开花（阶段II-b）在第二天开始### 类胡萝卜素延迟百合切花开放并调节衰老时间分析了四种不同的百合品种，其花被片着色从无色素到黄色和橙色着色。花朵发育分析表明，开花和衰老的时间在品种间存在差异，在晚期发育阶段含有更多类胡萝卜素的品种具有延迟的开花和最长的货架期。尽管不同因素也可能贡献于该表型，如糖分再动员能力### 结论在本实验中我们证明，开花时间和花朵货架寿命可以与不同百合品种的抗氧化剂组成相关联。同时，我们还证明了花朵衰老与脂质过氧化产物的高产生无关，但可能由与氧化应激增加相关的信号调控，这些信号可被百合花被片中类胡萝卜素的存在所调节。事实上，我们展示了与逆行相关基因的表达### CRediT作者贡献声明**Paula Mu?oz：** 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，方法学，调查，数据整理，概念化。**Hilary J. Rogers：** 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，方法学。**Sergi Munné-Bosch：** 写作 – 审阅与编辑，监督，资源，项目管理，资金获取，概念化。### 利益冲突声明作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。### 致谢我们感谢Miguel Soliva-Sánchez、Alba Cotado和Verónica Tijero在花朵采样方面的帮助。我们还感谢Esther Miralles和Isidre Casals（巴塞罗那大学CCiT）在HPLC分析期间的技术协助，以及Angela Marchbank（卡迪夫大学基因组中心）在RT-qPCR方面的帮助。我们还感谢西班牙政府授予P.M.的FPI奖学金以及加泰罗尼亚研究与高级研究学院（巴塞罗那自治区Paula Mu?oz|Hilary J. Rogers|Sergi Munné-Bosch