《Postharvest Biology and Technology》：A reciprocal metabolic switch between glycolysis and gluconeogenesis is associated with sugar retention during postharvest cold storage in sweet corn
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为探究甜玉米（*Zea mays* L. var. *saccharata*）采后糖分保持与中心碳代谢的关系，研究人员比较了甜玉米杂交种‘Hetianyu 818’在5 °C和25 °C贮藏期间的品质性状与可溶性糖动态，并分析了相关的转录组和代谢组响应。低温贮
为探究甜玉米（*Zea mays* L. var. *saccharata*）采后糖分保持与中心碳代谢的关系，研究人员比较了甜玉米杂交种‘Hetianyu 818’在5 °C和25 °C贮藏期间的品质性状与可溶性糖动态，并分析了相关的转录组和代谢组响应。低温贮藏保持了可溶性糖并延缓了品质劣变。转录组分析鉴定出糖酵解/糖异生（glycolysis/gluconeogenesis）是与可溶性糖动态相关的关键通路。在25 °C下，较高的*ZmPFK6*表达和磷酸果糖激酶（PFK）活性与糖消耗加速相关。在5 °C下，较高的*ZmPEPCK2*表达和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）活性与更大的中心碳库相伴。糖酵解与糖异生的交互响应提示了糖稳态的代谢基础。
研究背景：甜玉米因淀粉合成基因突变而积累较多可溶性糖，但其采收时仍处于代谢活跃状态，持续的呼吸作用、蒸腾作用和碳水化合物周转导致甜度快速丧失和品质劣变。低温贮藏是延缓采后劣变的主要手段，但伴随糖分保持的中心碳代谢响应尚不清楚。糖酵解和糖异生中不可逆或强调控步骤是中心碳代谢的关键控制点，PFK催化果糖-6-磷酸（F6P）向果糖-1,6-二磷酸（F-1,6-BP）的转化，引导己糖磷酸进入糖酵解；PEPCK催化草酰乙酸（OAA）脱羧磷酸化为磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），支持糖异生碳循环。研究人员假设冷贮藏与常温贮藏间糖分保持的差异与中心碳代谢的差异化响应有关，而非低温下代谢活动的普遍抑制。为此，研究人员比较了甜玉米杂交种‘Hetianyu 818’在5 °C和25 °C贮藏期间的品质性状与可溶性糖动态，并分析了相关的转录组和代谢组响应，旨在揭示温度依赖性糖分保持的机制。
主要技术方法：以甜玉米杂交种‘Hetianyu 818’为材料，于授粉后22天采收，完整果穗带苞叶在25 °C或5 °C、85%–95%相对湿度下贮藏，于采收时及贮藏后2、4、7、10天取样，每温度-时间组合设三个生物学重复。测定了质地（质构仪）、色泽（分光光度计）、可溶性糖（离子色谱）、失水率和总可溶性固形物。对27个样品进行RNA测序，差异表达基因（DEGs）经KEGG富集分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA）。RT-qPCR验证候选基因表达，酶活试剂盒测定总PFK和PEPCK活性，靶向代谢组分析146种中心碳代谢相关代谢物。
研究结果：
3.1 常温和低温贮藏期间甜玉米籽粒品质性状的动态：冷藏明显延缓采后变色，25 °C下贮藏7天后籽粒b*值显著高于5 °C，表明黄化加速；常温贮藏诱导明显失水、总可溶性固形物快速下降、果皮脆性增加和籽粒硬度降低，而冷藏减轻了这些劣变。葡萄糖、果糖和蔗糖在常温下从第4天起显著下降，而低温贮藏基本保持其含量，贮藏10天后仍与初始水平相当，分别比25 °C高2.99、5.51和7.74倍。糖损失早于最明显的外部症状，故可溶性糖含量被用作后续分子分析中的敏感生理指标。
3.2 转录组分析鉴定糖相关共表达模块：主成分分析（PCA）表明贮藏温度是转录组变异的主导因素，PC1解释44.44%的方差并清晰区分5 °C与25 °C样品。DEGs数量随贮藏时间增加。10,465个在两个及以上时间点差异表达的基因用于KEGG富集分析，糖酵解/糖异生是最显著富集的通路（P = 3.13 × 10??）。WGCNA将基因分为7个共表达模块，MEturquoise模块与糖含量正相关最强（含4030个基因），MEblue模块负相关最强（含3752个基因）。整合分析发现，ZmCINV1、ZmCINV2、ZmPFK6、ZmiPGM1和ZmiPGM2在25 °C下表达较高，与糖消耗加速一致；而ZmSUS1、ZmUGP1、ZmGPI1、ZmPEPCK2和Zm6PGD2在5 °C下表达较高，与蔗糖周转、糖异生碳回收和戊糖磷酸代谢相关。
3.3 PFK与PEPCK的交互响应与温度依赖性糖稳态相关：ZmPFK6和ZmPEPCK2分别作为糖酵解和糖异生的关键限速酶基因被选作进一步分析。家族成员表达分析支持其选择，ZmPFK6在PFK家族中呈明显的常温响应模式，ZmPEPCK2是PEPCK家族中对低温响应最强的成员。RT-qPCR验证了RNA-seq的表达模式。PFK活性在25 °C显著较高，与ZmPFK6诱导和糖消耗加速一致；PEPCK活性在5 °C显著较高，与ZmPEPCK2优先表达一致。靶向代谢组分析鉴定出87种温度响应差异代谢物，其中79种在冷藏下积累较高。贮藏第10天，PEP、F-1,6-BP和F6P在5 °C下分别比25 °C高4.64、3.55和8.57倍，表明冷藏籽粒维持了更大的中心碳库。
3.4 冷藏将中心碳保持与氧化还原及膜相关响应联系起来：R-5-P和NADPH在5 °C下始终高于25 °C，与ZmAPX1和ZmMDHAR1（参与抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环）较高表达相伴。NAD?、NADP?和NADH在冷藏后期也更高。相反，膜脂周转相关基因（ZmPLA、ZmPLC、ZmPLD、ZmDAGL、ZmLOX和ZmFAD家族）在25 °C下普遍表达更高，与籽粒黄化和品质劣变加速一致。
讨论部分总结：冷藏对园艺作物采后保鲜的效果传统上主要归因于酶反应的热力学抑制，本研究通过整合组学分析将冷介导的糖保持与碳代谢的选择性重构联系起来。常温贮藏下增强的ZmPFK6相关糖酵解糖消耗与冷藏下更大的ZmPEPCK2相关糖异生和碳回收潜力之间的对比，可能是甜玉米采后温度依赖性糖稳态的重要代谢基础。研究提出工作模型：25 °C下较高的ZmPFK6表达和PFK活性与糖快速消耗相伴，同时膜脂周转相关转录增强和品质劣变加速；5 °C下较低的ZmPFK6表达和PFK活性、较高的ZmPEPCK2表达和PEPCK活性、更大的中心碳中间产物库以及选择性抗氧化相关转录响应共同构成碳代谢响应特征。研究同时指出局限性：时间分辨代谢物谱反映的是代谢物库大小差异而非碳流方向或代谢速率；未定量淀粉含量，淀粉-糖互作对可溶性糖动态的贡献尚未解析；转录本丰度、总酶活性、代谢物库和可溶性糖含量之间的对应关系支持ZmPFK6和ZmPEPCK2作为候选代谢节点，但未建立基因特异性因果关系；仅检测了一个杂交种和两个离散贮藏温度，这些响应在甜玉米种质和贮藏条件下的保守性尚待确立。
研究结论翻译：本研究整合了甜玉米采后品质性状与温度相关的转录和中心碳代谢变化。5 °C贮藏的籽粒比25 °C贮藏的籽粒保持了更高的葡萄糖、果糖和蔗糖含量，而25 °C下观察到更快的糖消耗和品质劣变。转录组分析、KEGG富集和WGCNA鉴定出糖酵解/糖异生是与可溶性糖变异相关的主要通路，并将ZmPFK6和ZmPEPCK2列为候选基因。它们的交互表达模式与总PFK和PEPCK活性差异以及磷酸化中心碳中间产物丰度差异相一致。总之，这些结果定义了两种与可溶性糖消耗或保持相关的PFK和PEPCK相关响应模式，并为进一步功能验证提供了候选基因。
