十个Prunus salicina × P. armeniaca品种的组织分辨代谢组学分析揭示果皮-果肉代谢差异与果实颜色和抗氧化能力相关

《Foods》：Tissue-Resolved Metabolomic Profiling of Ten Prunus salicina × P. armeniaca Cultivars Reveals Peel–Flesh Metabolic Differences Associated with Fruit Color and Antioxidant Capacity

　　

Prunus salicina × P. armeniaca（中国李与杏的种间杂交种）在果皮和果肉颜色及品质性状上表现出显著变异。研究人员通过整合理化测量、植物化学物质含量和抗氧化能力的分光光度测定以及广泛靶向超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）代谢物分析，对十个品种进行了表征。组织类型是化学变异的主要来源。果皮含有更高的总酚（TPC）、总黄酮（TFC）和总花色苷（TAC）含量，以及更强的2,2-二苯基-1-苦肼基（DPPH）自由基清除能力、2,2′-联氮-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）自由基清除能力和铁还原抗氧化能力（FRAP），而果肉则显示出更高的糖类、糖醇、有机酸、氨基酸衍生物、脂质、核苷酸和萜类化合物的相对丰度。在248个已注释的代谢物中，黄酮类化合物占主导地位，与颜色相关的差异积累代谢物主要富集于苯丙烷和类黄酮途径，尤其是在紫色与黄色比较中。通过整合组织特异性相关性、随机森林模型和颜色梯度模式，研究人员优先筛选出矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、二氢杨梅素、染料木苷和荭草苷作为跨组织颜色相关代谢物。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与着色和花色苷含量关联最强，而4′-O-葡萄糖基芹菜素则与酚类、黄酮类、花色苷和抗氧化性状密切相关。综合营养质量指数排名进一步区分了品种特异性的果皮和果肉品质特征。这些结果为评估和利用李杏杂交种质资源提供了组织分辨的代谢基础。

**论文解读：李×杏杂交种果皮与果肉代谢差异的整合分析**

**研究背景与目的**
李×杏杂交种（Prunus salicina × P. armeniaca）是李与杏的种间杂交后代，其果皮和果肉颜色、质地、香气及糖酸平衡等品质性状变异丰富，为研究果实食用品质与功能价值提供了理想体系。然而，现有研究多集中于单一物种（如李、杏、桃），对该杂交种果皮与果肉的组织分辨代谢数据极为缺乏。果皮直接暴露于光照、温度波动、机械损伤和病原压力，可诱导酚类物质（包括花色苷、黄酮醇、酚酸等）的积累；果肉则决定可食部分，包含糖类、有机酸、氨基酸等与风味相关的化合物。因此，需分别解析果皮和果肉的代谢特征，以阐明颜色、品质和抗氧化能力之间的关联。本研究发表于《Foods》，旨在通过整合理化测量、分光光度分析、广泛靶向UPLC-MS/MS代谢组学及机器学习方法，系统比较十个颜色迥异的李×杏品种的果皮和果肉代谢差异，并构建综合营养质量指数（CNQI）进行品种评价。

**主要技术方法**
研究人员采用了以下关键方法：（1）理化测量与CIELAB颜色测定（L*、a*、b*、C*、h°）；（2）分光光度法测定总酚（TPC）、总黄酮（TFC）、总花色苷（TAC）及DPPH、ABTS、FRAP抗氧化能力；（3）广泛靶向超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）代谢组学分析，使用ACQUITY UPLC HSS T3（100 mm × 2.1 mm, 1.8 μm）色谱柱和AB Sciex QTRAP 6500+质谱仪，通过多反应监测（MRM）模式采集数据，基于MWDB数据库注释代谢物；（4）差异积累代谢物（DAM）分析（limma包，BH校正）与KEGG通路富集分析；（5）Spearman相关分析构建代谢物-性状关联网络；（6）随机森林模型用于组织分类、颜色分类及FRAP回归预测；（7）综合营养质量指数（CNQI）构建，包含食用品质指数（EQI）、植物化学指数（PI）和抗氧化潜力指数（API）。所有样品来源于中国林业科学研究院非木质林产品研究所原阳试验基地（河南省原阳县，34°55′–34°56′ N, 113°46′–113°48′ E），2025年商业成熟期采集，每个品种取三株树作为生物学重复，每株随机取10个果实，分离果皮和果肉后液氮速冻保存。

**研究结果**

**3.1 品种间果实品质和颜色性状的差异**
通过视觉评分和CIELAB测量，十个品种的果皮和果肉颜色可分为紫色、红色和黄色三组。紫色组织具有较高的a*值和较低的L*、b*、h°值；黄色组织反之；红色组织介于两者之间。主成分分析（PCA）解释了89.1%的方差，并按颜色类型分离样品。品质性状方面，‘WW’、‘FWHH’、‘WJ’果实较大、可溶性固形物（TSS）高、可滴定酸（TA）低、硬度小，而‘KLD’、‘XL02’酸度高、硬度大。

**3.2 生物活性化合物和抗氧化能力的差异**
果皮的TPC、TFC、TAC及DPPH、ABTS、FRAP均显著高于果肉。果皮中，颜色越深，这些指标值越高，‘FWMG’（紫色果皮和紫色果肉）在所有指标中最高。果肉中，红色果肉品种的抗氧化能力最高，但紫色果肉（‘FWMG’）的花色苷含量略高，而总酚和总黄酮与红色果肉组相似。Spearman分析表明，果皮中TPC/TFC/TAC与抗氧化能力强相关，而a*与抗氧化能力直接相关较弱；果肉中a*与TAC、TFC及抗氧化能力正相关。TAC与抗氧化能力的相关性弱于TPC/TFC，提示抗氧化潜力更依赖于总酚总黄酮的整体组成而非单一花色苷。

**3.3 果皮和果肉的全局代谢组学特征**
UPLC-MS/MS共注释248个代谢物，分属11大类，其中黄酮类占比最大（37.50%），其次为酚酸（14.11%）。代谢物PCA将果皮和果肉明显分离（PC1 43.1%，PC2 14.1%），表明组织类型是主要代谢变异来源。同一组织内样品也呈现颜色依赖的聚类，‘FWMG’的紫色果皮和果肉与其他样品分离明显。

**3.4 主要代谢物类别的组织特异性积累模式**
果皮与果肉比较发现97个果皮富集代谢物和78个果肉富集代谢物。果皮富集代谢物以黄酮类、酚酸、其他酚类及三萜为主，包括槲皮素、槲皮苷、杨梅苷、橙皮素、山奈酚-7-O-鼠李糖苷、刺囊酸、齐墩果酸、科罗索酸等。果肉富集代谢物主要为糖类、糖醇和有机酸，包括蔗糖、海藻糖、纤维二糖、棉子糖、甘露醇、L-山梨糖、柠檬酸、莽草酸、酒石酸等。KEGG富集显示果皮富集代谢物主要映射到黄酮、黄酮和黄酮醇、苯丙烷途径；果肉富集代谢物主要映射到氨基酸、碳、谷胱甘肽代谢及转运过程。

**3.5 颜色组间差异积累代谢物的分析**
紫色与黄色组织间差异代谢物最多（果皮76个，果肉108个），表明深色与浅色组织间代谢差异最大。大多数比较中上调代谢物多于下调。热图显示颜色组间代谢模式分离，黄酮类在差异代谢物中占比最大。KEGG富集分析表明，果皮颜色相关DAMs主要富集于苯丙烷和异黄酮生物合成、氨基酸生物合成及辅因子代谢；果肉则富集于黄酮和黄酮醇生物合成、黄酮类生物合成、黄酮类降解及异黄酮生物合成。大部分黄酮类DAMs与a*、TAC、TFC正相关，与L*、b*、C*、h°负相关。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与组织着色和TAC关联最稳定，尤其在果肉中；二氢杨梅素、紫杉叶素-7-鼠李糖苷、圣草枸橼苷、染料木苷等与植物化学和抗氧化性状相关但组织依赖性较强。

**3.6 机器学习辅助的判别和预测性代谢特征鉴定**
随机森林组织分类模型AUC达1.000；果皮和果肉颜色分类模型也能有效区分紫、红、黄三组（混淆矩阵归一化）。以FRAP为响应变量的回归模型交叉验证R2=0.93，RMSE=9.26。重要特征分析显示，组织分类的重要代谢物包括科罗索酸、紫云英苷、4,7-二甲氧基-5-羟基黄酮、核糖醇、莽草酸、刺囊酸、山奈酚-7-O-鼠李糖苷；果皮颜色分类的重要代谢物包括肉桂酸、水杨酸、紫杉叶素-7-鼠李糖苷、4′-O-葡萄糖基芹菜素、染料木苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷；果肉颜色分类的重要代谢物包括矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、L-酒石酸、香叶木苷、染料木苷、荭草苷、甘露醇、L-岩藻糖、二氢杨梅素；FRAP预测的重要特征包括蔗糖、D-(+)-海藻糖、4,7-二甲氧基-5-羟基黄酮、D-(+)-纤维二糖、白杨素、L-酒石酸。三个任务共享部分信号但代谢组侧重不同。

**3.7 颜色变异和抗氧化能力相关代谢物的整合筛选**
基于颜色梯度分析，随果皮和果肉颜色加深而逐渐积累的代谢物主要为黄酮类、酚酸和其他酚类。功能性状锚定的代谢物-性状相关网络（|ρ|≥0.70，BH校正p<0.05）包含6个功能性状节点和70个代谢物节点。TFC和TPC连接最多代谢物（63和61个）。槲皮苷与三种抗氧化测定正关联最强，其次为银椴苷；4′-O-葡萄糖基芹菜素、异槲皮苷、螺旋甙也一致正关联。TAC与43个代谢物显著相关，包括4′-O-葡萄糖基芹菜素、圣草枸橼苷、维采宁II、山奈酚-3-O-芸香糖苷、肥皂草苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷是唯一注释的花色苷，与TAC正相关；多个非花色苷黄酮苷也与TAC和抗氧化指标密切相关。跨组织颜色关联分析中，矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、二氢杨梅素、染料木苷、荭草苷在组织特异性相关、随机森林颜色分类和颜色梯度分析中均显示一致支持。紫杉叶素-7-鼠李糖苷、异荭草苷、圣草枸橼苷、维采宁II、4′-O-葡萄糖基芹菜素、香叶木苷也显示颜色关联但组织依赖性更强。

**3.8 基于CNQI的营养品质评价**
CNQI整合食用品质、生物活性化合物积累和抗氧化能力。果皮中‘FWMG’排名第一，其次为‘WX’和‘WW’；果肉中‘WD’最高，‘FWMG’、‘WW’、‘WH’、‘XL02’也呈正值。热图显示‘FWMG’果皮EQI、PI、API均高；‘WX’果皮主要靠PI和API；‘WW’果皮靠EQI；‘FWMG’果肉EQI和PI高；‘WH’和‘XL02’果肉API高；‘WD’果肉高CNQI源于PI和API。

**讨论与结论**
讨论部分指出，果皮与果肉在功能化学上差异显著，果皮酚类富集与光保护功能一致，与李、桃等物种报道相符。颜色变异反映苯丙烷-黄酮代谢网络的协调重塑，而非单一花色苷的简单增加。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷是唯一注释的花色苷，与着色和花色苷含量关联最强，但不应视为唯一解释颜色变异的因素；二氢杨梅素和紫杉叶素-7-鼠李糖苷等二氢黄酮醇可能反映上游通量变化。4′-O-葡萄糖基芹菜素在网络中连接最多性状，提示其桥接广泛黄酮积累和抗氧化活性。随机森林模型进一步验证了代谢谱对组织和颜色的区分能力。CNQI提供了品种水平的综合评价，‘FWMG’整体表现均衡，‘WD’果肉品质突出，‘WX’果皮功能优势明显。

**结论**：本研究证明组织类型是十个Prunus salicina × P. armeniaca品种代谢变异的主要来源。果皮富集酚类化合物（尤其黄酮类）并具有更强的抗氧化能力，果肉则含有更高相对丰度的糖类、糖醇、有机酸及其他与风味和食用品质相关的代谢物。果实颜色变异主要与苯丙烷和类黄酮代谢的协调变化相关，紫色与黄色组织间代谢差异最大。整合组织特异性相关性、随机森林模型和颜色梯度分析，研究人员鉴定出矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、二氢杨梅素、染料木苷和荭草苷作为颜色相关候选代谢物。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷与组织着色和花色苷含量关联最一致，而4′-O-葡萄糖基芹菜素与植物化学和抗氧化性状广泛关联。CNQI分析进一步揭示了互补的品种和组织特异性品质特征，强调了分别评估果皮和果肉的重要性。总体而言，这些发现为李杏杂交种质资源的评估和利用提供了组织分辨的代谢基础，但需通过靶向定量和功能验证来确认所鉴定候选代谢物的作用。