《Journal of Plant Physiology》：Comparative Multi-Omics Reveals Distinct Transcriptomic and Metabolomic Profiles During Fruit Development in Highbush and Rabbiteye Blueberries.
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摘要蓝莓果实品质受发育过程中基因表达和代谢物组成协调变化的影响，但不同栽培蓝莓物种（高丛蓝莓和兔眼蓝莓）在各发育阶段（绿色期、粉色期和成熟期）这些过程的差异尚不清楚。本研究整合了质构分析、转录组学和代谢组学，以确定发育阶段（绿色期、粉色期和成熟期）和物种差异对转录组学和代谢组
摘要
蓝莓果实品质受发育过程中基因表达和代谢物组成协调变化的影响，但不同栽培蓝莓物种（高丛蓝莓和兔眼蓝莓）在各发育阶段（绿色期、粉色期和成熟期）这些过程的差异尚不清楚。本研究整合了质构分析、转录组学和代谢组学，以确定发育阶段（绿色期、粉色期和成熟期）和物种差异对转录组学和代谢组学特征以及果实质构变异的贡献。这两个因素均影响了基因表达和代谢物积累。转录组学和代谢组学分析揭示了强烈的物种相关变异，而发育阶段则定义了保守的成熟轨迹。跨物种而言，成熟过程以光合作用途径的协同下调以及花青素、类黄酮、酚酸、萜类和碳水化合物积累增加为特征。物种相关差异在各发育阶段中均持续存在：兔眼蓝莓果实中参与胁迫响应、代谢物转运和次级代谢的基因表达更高，同时苯丙烷衍生物和有机酸的积累也更为显著。相比之下，高丛蓝莓果实中参与初级代谢、养分转运、细胞内运输和细胞壁相关过程的基因表达更高，伴随类黄酮糖苷、鞘脂和结构代谢物积累增加。整合多组学分析鉴定了与成熟和物种相关的关键基因和代谢物，并探讨了它们与质构参数的关联。通过与已报道的参与细胞壁、木质素和类黄酮生物合成的基因整合，优先筛选了候选基因，为未来的功能表征和标记辅助育种提供了潜在靶标。总体而言，发育阶段主导保守的成熟过程，而物种相关差异则塑造了与果实品质性状相关的转录组学和代谢组学景观。
引言
蓝莓（Vaccinium spp.）是全球最广泛消费的浆果作物之一，以其营养品质、独特风味和公认的健康益处而备受重视（Curtis等，2019；Edger等，2022；Kalt等，2020；Pan等，2017；Yang和Kortesniemi，2015）。这些特性主要归因于丰富的次级代谢物，包括花青素、类黄酮和酚酸，它们不仅赋予抗氧化能力，还对颜色、风味、香气和质构等关键果实品质性状具有重要贡献（Grace等，2019；Mengist等，2026，2020a）。因此，理解调控次级代谢的分子机制已成为蓝莓生物学和旨在改善果实品质的育种计划的重要研究方向（Edger等，2022；Gallardo等，2018；Mengist等，2022，2020a）。
栽培蓝莓的一个显著特征是其物种和倍性水平的多样性。商业生产以四倍体高丛蓝莓（Vaccinium corymbosum）和六倍体兔眼蓝莓（Vaccinium virgatum）为主，两者在果实品质和代谢物组成及积累方面存在差异（Edger等，2022；Mengist等，2020b；Tu等，2026）。在这两个栽培类群中，高丛蓝莓由四倍体基因型（2n = 4x = 48）代表，而兔眼蓝莓由六倍体基因型（2n = 6x = 72）代表；因此，两者之间的比较同时涉及物种和倍性差异。这两个物种均属于Vaccinium属的Cyanococcus节，系统发育和基因组研究表明它们在这一类群中具有密切的进化关系。它们共享相同的基础染色体数（x = 12）和大量的序列保守性，同时也表现出复杂的网状进化历史和谱系特异性基因组特征（Edger等，2022；Rowland等，2021）。事实上，四倍体高丛蓝莓与六倍体兔眼蓝莓之间的杂交可产生可育的五倍体杂交种，表明倍性差异不构成生殖障碍（Chu和Lyrene，2025）。多倍体可影响基因表达、代谢调控和发育过程，最终影响果实品质和代谢物组成（Fasano等，2016；Tavan等，2022；M. Wu等，2020；Xu等，2023）。因此，阐明这两个主要栽培类群之间共享和分化的发育及代谢组学特征，对于理解果实品质的生物学基础及确定育种靶性状具有重要意义。
蓝莓果实发育伴随着广泛的生物化学、生理学和结构性变化。在成熟过程中，色素生物合成、糖分积累、有机酸代谢和细胞壁重塑的协调变化推动果实从绿色转变为成熟状态（Montecchiarini等，2018；Vicente等，2007；Zapien-Macias等，2025；Zifkin等，2012）。这些生理转变对应于基因表达、代谢物积累和果实力学特性（包括质构）的动态变化。在这些性状中，质构尤为重要，因为它影响消费者接受度、采后处理、贮藏性能和货架期（Oh等，2024）。果实软化主要与细胞壁修饰相关，包括果胶解聚、纤维素重组以及其他结构多糖的变化，这些变化共同降低了组织硬度（Chea等，2019；Sanhueza等，2024；Vicente等，2007）。然而，基因表达网络、代谢物积累与果实质构定量变异之间的功能关系尚未完全阐明。
尽管在阐明蓝莓果实发育的分子基础方面已取得进展，但早期研究主要独立采用转录组学或代谢组学方法。这些研究建立了与花青素生物合成、类黄酮代谢、植物激素信号、碳水化合物代谢和果实成熟相关的基因和代谢物的发育调控，为理解果实品质背后的生物化学和遗传过程奠定了基础（Gupta等，2015；Lin等，2018；Rowland等，2021；Zifkin等，2012）。最近，高丛蓝莓的整合转录组学–代谢组学研究扩展了我们对控制果实着色、类黄酮生物合成、糖代谢和发育转变的调控网络的理解（Li等，2023；Shi等，2023；Tian等，2024；C. Zhang等，2024）。跨物种的比较资源在高丛蓝莓和兔眼蓝莓中建立了覆盖各发育阶段的全长果实转录组，揭示了果实发育过程中共享和类群特异性的基因表达模式（Wang和Nambeesan，2022），而最近的代谢组学表征结合机器学习方法已鉴定出这两个类群之间的不同代谢组学特征（Mengist等，2026）。尽管取得了这些进展，但在相同环境背景下，很少有研究在高丛和兔眼栽培蓝莓的多个发育阶段联合考察转录组学、代谢组学和质构变异。因此，连接发育变化、代谢物积累、基因表达和果实质构的分子关系仍有待充分表征。
在本研究中，四倍体类群由V. corymbosum基因型组成，而六倍体类群由V. virgatum基因型组成。我们评估了代表这些物种和倍性的品种在三个发育阶段（绿色期、粉色期和成熟期）的果实，采用了结合广泛靶向UPLC–MS/MS代谢组学、RNA测序和综合质构测量的整合分析方法。具体而言，我们的研究目标为：(i) 表征高丛蓝莓和兔眼蓝莓在不同果实发育阶段的转录组学和代谢组学变异；(ii) 鉴定与质构变异相关的分子特征，并评估它们与发育及物种相关分子程序的关系；(iii) 比较两个物种类群之间的分子模式和果实质构，并鉴定与质构变异相关的候选基因和代谢物。这些分析共同为理解高丛和兔眼栽培蓝莓在果实发育过程中的分子差异提供了见解，并为未来的遗传研究和育种工作奠定了基础。
各节摘要
植物材料与实验设计
本研究共使用17个蓝莓（Vaccinium spp.）品种，包括11个四倍体高丛品种和6个六倍体兔眼品种（表S1）。这些材料保存于弗吉尼亚州立大学农业研究农场（美国弗吉尼亚州彼得斯堡）。所有品种在三个发育阶段进行了果实质构评估，每个品种取5–10个果实。对于转录组学和代谢组学分析，选取了九个代表性品种（五个高丛和四个
质构表型特征随发育阶段和物种的变化
果实力学参数的评估揭示了不同成熟阶段中明显的发育趋势（表S2）。F1mm、FM、SFM、AIF、MIF和杨氏模量等质构参数在果实发育过程中下降，而DFM和BurstStrain等参数则随发育阶段的推进而增加（图S1）。主成分分析进一步表明，品种在PC1方向上按发育阶段清晰分离。然而，物种未形成明显聚类，表明
讨论
本研究整合转录组学、代谢组学和质构分析，探讨发育阶段和物种如何对蓝莓果实生物学变异做出贡献。据我们所知，这是首次采用整合多组学方法在最主要的栽培蓝莓物种——高丛蓝莓和兔眼蓝莓——内部及之间进行综合分析。这一全面的策略能够同时评估物种和发育阶段两者
CRediT作者贡献声明
Massimo Iorizzo：撰写——审阅与编辑、软件、资源、方法学、数据整理。Molla Fentie Mengist：撰写——初稿、可视化、监督、方法学、调查研究、资金获取、形式分析、概念化。Toktam Taghavi：撰写——审阅与编辑、资源、方法学、数据整理
未引用参考文献
Ferr?o等，2024；Wu等，2020；Zhang等，2024。
数据可用性
原始RNA-seq数据可在NCBI SRA数据库获取，BioProject编号为PRJNA1513149。加工后的表型数据和代谢组学数据分别可在补充表S10和S11中获取。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。
致谢
Molla F. Mengist的这项工作由美国农业部-NIFA Evans-Allen计划（资助号229245）资助。M. Iorizzo由美国农业部-NIFA Hatch项目NC-04403（登录号7010425）资助。
Molla Fentie Mengist|Toktam Taghavi|Massimo Iorizzo
弗吉尼亚州立大学农业研究站，美国弗吉尼亚州彼得斯堡，邮编23806
