《Agronomy》：Transcriptomic Profiling Uncovers Molecular Basis for Major Color Metabolism During Fruit Development in Red-Skinned Cultivar ‘Taishanhong’ and Green-Skinned Cultivar ‘Luqing 1’ Pomegranates in Shandong Province, China
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果实果皮颜色是石榴的关键品质性状，影响消费者偏好与市场价值。然而红皮与绿皮栽培种间的呈色模式及分子机制仍不明确。本研究旨在阐明红皮品种‘Taishanhong’（TSH）与绿皮品种‘Luqing 1’（LQ1）果皮颜色差异的转录基础。研究人员在三个发育阶段测定
果实果皮颜色是石榴的关键品质性状，影响消费者偏好与市场价值。然而红皮与绿皮栽培种间的呈色模式及分子机制仍不明确。本研究旨在阐明红皮品种‘Taishanhong’（TSH）与绿皮品种‘Luqing 1’（LQ1）果皮颜色差异的转录基础。研究人员在三个发育阶段测定果皮色素含量并进行RNA-seq以鉴定调控着色的候选基因。结果表明，两品种花青素（anthocyanin）含量随发育持续上升，而叶绿素（chlorophyll）与类胡萝卜素（carotenoid）含量逐渐下降；TSH花青素积累显著多于LQ1，而叶绿素与类胡萝卜素水平明显更低。S1_vs_S3比较在两品种中均产生最多差异表达基因（DEGs），富集于苯丙氨酸代谢、黄酮生物合成、光合作用与类胡萝卜素生物合成通路。共鉴定24个花青素代谢DEGs，其中查耳酮异构酶（chalcone isomerase, CHI）、黄酮醇合酶（flavonol synthase, FLS）与UDP-葡萄糖：黄酮类3-O-葡萄糖基转移酶（UFGT）与花青素积累强相关；28个类胡萝卜素代谢DEGs中，牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶（GGPS）与玉米黄质环氧化酶（ZEP）关联合成，类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD）与9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）关联降解；叶绿素代谢受果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（FBA）、甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）等潜在调控。此外78个MYB、ERF、bHLH、NAC、ARF等转录因子家族成员为色素代谢候选调控因子。该研究描绘了石榴品种特异性果皮着色转录程序，为果色性状功能验证与标记辅助育种提供靶点。
研究背景方面，石榴（Punica granatum L.）为具有重要经济价值的果树，果皮外观直接影响商品分级与消费选择。果实着色由花青素、叶绿素与类胡萝卜素动态平衡共同决定，并受基因型、发育阶段与环境因子调控。已有研究多聚焦红白皮类型花青素途径，针对红皮与绿皮栽培种间三类色素协同代谢的系统性转录组解析仍较缺乏，尤其类胡萝卜素与叶绿素代谢的转录调控网络不清。为此，研究人员以山东选育的红皮‘Taishanhong’（TSH）与绿皮‘Luqing 1’（LQ1）为材料，开展发育期果皮转录组与色素计量联合分析，旨在明确品种特异性着色分子基础。
研究人员通过表型观测结合生化定量、高通量转录组测序、差异基因挖掘、功能富集、候选结构基因与转录因子（transcription factor, TF）筛查及定量验证，得出核心结论：TSH以花青素主导呈红，LQ1依赖叶绿素与类胡萝卜素维持绿底泛红；着色差异由色素代谢结构基因表达偏移与多家族TF协同调控共同驱动，研究为分子育种提供候选基因集。
关键技术方法上，样本采自山东泰安田间两品种花后60天（S1）、90天（S2）、120天（S3）赤道区果皮，每期三株各五果混样并设三次生物学重复。研究人员采用pH差示法测花青素、丙酮比色法测总叶绿素与类胡萝卜素；以Illumina NovaSeq 6000进行150 bp双端RNA-seq，比对石榴参考基因组后由DESeq2与edgeR筛选|log?折叠变化|>1且FDR<0.05的差异基因，并行GO与KEGG富集、iTAK预测TF、Mfuzz聚类；选8个DEG用qRT-PCR以ACTIN为内参按2?ΔΔCT法验证趋势。
研究结果如下。
3.1 发育期果皮着色与色素水平：通过表型观察与含量测定，发现两品种花青素渐增、叶绿素与类胡萝卜素渐减；TSH花青素峰值45.63 mg·100 g?1 FW，约为LQ1的1.64倍，而LQ1叶绿素与类胡萝卜素显著高于TSH。
3.2 转录组测序与DEGs鉴定：经RNA-seq与差异分析，S1_vs_S3组内DEG最多（TSH 5290、LQ1 5510），品种间以LQ1S1_vs_TSHS3差异最剧；PCA显示S2、S3两品种沿主成分分离。
3.3 同期两品种DEGs的KEGG与GO分析：富集显示早期激素信号与苯丙烷途径占优，后期光合作用、淀粉蔗糖代谢突出，印证色素与光合衰退耦合。
3.4 花青素代谢DEGs：从24个候选基因中，PgCHI4、PgFLS1、PgUFGT1及Pg4CL2表达随发育上行且在TSH更高，与花青素含量强相关。
3.5 类胡萝卜素代谢DEGs：28个DEGs中，PgGGPS1/2与PgZEP1关联合成积累，PgCCD2与PgNCED2关联降解，LOX与POD家族间接参与氧化清除。
3.6 光合作用与叶绿素代谢DEGs：鉴定光合光反应与卡尔文循环基因，叶绿素代谢与PgLHCB、PgRCA、PgFBA1、PgGAPDH1/4等相关；LQ1高叶绿素对应光合基因高表达。
3.7 色素代谢主效TF鉴定：78个共有差异TF分六簇，MYB、bHLH、ERF、NAC、ARF中PgMYB1、PgCOL5、PgERF061与花青素相关，PgGLK1、PgAPRR2、PgARF9等多关联叶绿素与类胡萝卜素。
3.8 qRT-PCR验证：8个基因（含PgCHI4、PgUFGT1、PgMYB1等）表达趋势与RNA-seq一致，支撑转录数据可靠。
讨论部分总结：研究人员指出红皮与绿皮差异本质是花青素上调叠加叶绿素、类胡萝卜素下行速率不同；结构基因如PgUFGT1等受TF层级调控，FLS正关联可能因无DFR竞争及辅色效应；类胡萝卜素由合成与裂解双路平衡，GLK1可能连动质体转化；叶绿素降解与光合基因网及ARF9、NAC100、MYB2相关。研究局限在于相关分析未替代功能验证，环境与前转录层需后续补充。
结论部分翻译：在‘Taishanhong’（红皮）与‘Luqing 1’（绿皮）发育过程中，花青素持续积累而类胡萝卜素与叶绿素下降；TSH花青素更高、绿色素更低。S1_vs_S3组内DEG最丰富，富集于苯丙氨酸代谢、黄酮生物合成、光合作用与类胡萝卜素生物合成。24个花青素基因中PgCHI4、PgFLS1、PgUFGT1与含量强相关；28个类胡萝卜素基因中PgGGPS1/2、PgZEP1偏合成，PgCCD2、PgNCED2偏降解；叶绿素受LHCB、FBA、psaF、RCA、GAPDH、RCCR等调控；78个MYB、ERF、bHLH、NAC、ARF类TF为候选调控者。该研究为石榴果皮着色机制与品种特异性表达提供理论基础，服务于果色分子育种。
