桃转录因子PpMYB10.1单倍型变异与等位基因特异表达影响核周果肉花色苷积累差异

《Scientia Horticulturae》：Haplotype variation at the transcription factor PpMYB10.1 contributes to color differences of flesh around core in peach

　　

桃转录因子（transcription factor, TF）PpMYB10.1的单倍型（haplotype）变异导致核周果肉颜色差异。桃品种间核周花色苷（anthocyanin）积累差异显著。PpMYB10.1是核周果肉着色的关键调控因子。不同的PpMYB10.1单倍型可区分红核型（red-cored）与非红核型（non-red-cored）桃。等位基因特异表达（allele-specific expression, ASE）参与核周着色差异。这些单倍型为桃育种计划提供有用标记。

研究背景与目的：桃（Prunus persica (L.) Batsch）是重要温带果树，果肉颜色与消费者接受度及品质相关。花色苷（anthocyanin）决定红色并具抗氧化等特性。既往桃花色苷研究多集中于果皮和血 flesh 表型，核周果肉着色的分子基础尚不清楚。生产上选育核周不着色品种可减少套袋依赖，但传统育种周期长、效率受限。研究人员以黄肉桃‘JinXiu’（JXiu，红核）与‘JinXing’（JXing，非红核）为材料，旨在鉴定核周花色苷积累相关候选基因和调控因子，解析品种差异并提供育种标记。

关键技术与方法：研究人员于上海先锋区果园采集JXiu与JXing花后110、115、121、125、126、127 d（r₀–r₅）套袋果，每阶段30个果，取距核0.5–1 cm果肉；测定果重、硬度、可溶性固形物含量（soluble solids content, SSC）、颜色变化指数（color change index, CCI）和乙烯；以LC-QTRAP-MS/MS定量19种酚类；构建2品种×6阶段×3重复共36个转录组文库，Illumina NovaSeq测序，HISAT2比对桃参考基因组v2.0，DESeq2鉴定差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），并进行KEGG与加权基因共表达网络分析（weighted gene co-expression network analysis, WGCNA）；另取27个非红核和10个红核F₁（第一代杂种）后代幼叶DNA重测序，结合RNA-seq进行ASE分析。

研究结果：
3.1 Phenotype changes of different traits（不同性状的表型变化）：通过六阶段生理测定发现，两品种果重和SSC从r₀至r₂快速增加后趋平台，硬度持续下降，CCI由r₀至r₁快速变黄并随后继续增加，乙烯在r₀至r₁下降后于后期上升，表明果实成熟进程连续推进。
3.2 The change of anthocyanin and polyphenols during fruit ripening stages of two cultivars（两品种成熟期花色苷与多酚变化）：通过LC-QTRAP-MS/MS定量19种酚类及双因素方差分析发现，JXiu核周矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（cyanidin-3-O-glucoside, C3G）显著高于JXing，且差异随r₀–r₅扩大；品种、阶段及互作均显著影响C3G（P < 0.001）。r₂时JXiu C3G约为JXing的300倍（153,374.9 vs 512.6，P < 0.01），提示r₂为核周花色苷积累关键起点；JXiu多种黄烷醇和黄酮醇较高，且C3G与表儿茶素、trans-piceid、金丝桃苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷、木犀草苷和原花青素B2强正相关（r > 0.8）。
3.3 Transcriptome analysis to identify candidate genes and TF related to anthocyanin accumulation（转录组鉴定候选基因和TF）：通过36个转录组文库、DESeq2和KEGG分析获得237.95 Gb clean data，Q30 > 92.45%，比对率 > 92.85%，鉴定7186个DEGs；r₂差异表达最活跃，四组比较共有100个共同DEGs，富集于次生代谢及氨基糖和核苷酸糖代谢等途径，并锁定PpCHS1、PpCHS2、PpCHS3、PpPAL2、Pp4CL6、PpANS、PpF3H1等关键基因。
3.4 Weighted gene Co-expression network analysis（加权基因共表达网络分析）：通过WGCNA基于7186个DEGs和19种多酚构建12个模块，Magenta模块与17种多酚正相关，并与C3G、表儿茶素、金丝桃苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷、木犀草苷和trans-piceid相关性最高（r > 0.9，P < 0.001）；其高连接度基因包含PpCHS1–3、PpPAL2、PpANS和Pp4CL6，与转录组结果一致。
3.5 Differential accumulation of derivatives related to anthocyanin biosynthesis between two varieties（两品种花色苷合成相关衍生物差异积累）：通过构建花色苷生物合成通路及多组学相关分析发现，r₁和r₂有32个DEGs在JXiu高于JXing，40个DEGs中18个与C3G高度相关；苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonia-lyase, PAL）、C4H、查尔酮合酶（chalcone synthase, CHS）、CHI、F3H、DFR、ANS、UDP-葡萄糖：类黄酮3-O-葡萄糖基转移酶（UDP-glucose: flavonoid 3-O-glucosyltransferase, UFGT）和谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase, GST）在JXiu较高，与花色苷积累对应。
3.6 Genetic variation analysis（遗传变异分析）：通过JXiu×HLG的F₁群体基因组重测序、候选基因上下游5 kb变异筛查及ASE分析发现，PpMYB10.1（Prupe.3G163100: Pp03:18220454..18222943）单倍型分化最强，含38个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）；红核群体为杂合Hap1型，非红核群体多数位点为Hap2纯合，变异高度连锁共分离；PpMYB10.1在Hap1高表达、Hap2几乎不表达，JXiu杂合位点转录本主要来自参考等位，替代等位表达缺失或低于阈值；PpMYB10.1与多个花色苷结构基因正相关，支持其为强候选调控因子但不能排除其他调控组分。

讨论与结论：讨论指出，JXiu中C3G与黄烷醇、黄酮醇同步升高，提示苯丙烷-类黄酮（phenylpropanoid-flavonoid）通量整体增强而非单一步骤瓶颈；r₂为关键转折，PpPAL2、PpCHS1–3、PpF3H1、PpDFR、PpANS、Pp4CL6等为核心节点，Magenta模块支持其共调控。PpMYB10.1单倍型、表达及ASE与核周着色强关联，PpGST1和PpUFGT1提示转运与修饰协同，NAC、BBX、WRKY等可能参与精细调控。讨论同时指出遗传分析使用较小F₁群体，单倍型关联支持候选基因鉴定而非因果定论，需更大群体验证；因果变异来自编码突变、启动子变异还是等位基因特异甲基化，以及互作因子贡献仍需明确。

研究结论译述：总之，研究人员的整合代谢组、转录组和基因组分析表明，‘JinXiu’（JXiu）核周局部红色着色由苯丙烷-类黄酮途径的协同转录激活以及有效的修饰和隔离（sequestration）机制驱动，PpMYB10.1变异是主要贡献决定因素。这些发现突出r₂阶段是花色苷生物合成的关键转折点，并强调着色过程中结构基因和调控基因协同的重要性。这些结果符合蔷薇科及其他果树中新兴模型，即主效调控因子MYBs、NACs、BBXs与下游转运和修饰酶协同作用，产生组织特异和阶段特异的着色。最终，阐明因果等位基因（causal alleles）和上游调控网络将为培育具有可预测和稳定果肉颜色的品种提供分子标记和靶标。