《Food Chemistry》：Activation of phenylpropanoid pathway by L-phenylalanine promotes suberin polyphenolic and lignin deposition in wounded potato tubers
编辑推荐：
•L-Phe 增强了受伤马铃薯块茎中苯丙烷类相关代谢。•L-Phe 增加了特定的苯丙烷类相关酸和可溶性单木素。•L-Phe 促进了 SPP 沉积和芳香族伤口屏障的发育。•L-Phe 处理减少了伤口愈合期间的重量损失和病害严重程度。引言马铃薯 (Solanum tuberosu
- •
L-Phe 增强了受伤马铃薯块茎中苯丙烷类相关代谢。
- •
L-Phe 增加了特定的苯丙烷类相关酸和可溶性单木素。
- •
L-Phe 促进了 SPP 沉积和芳香族伤口屏障的发育。
- •
L-Phe 处理减少了伤口愈合期间的重量损失和病害严重程度。
引言
马铃薯 (Solanum tuberosum L.) 是全球栽培和消费最广泛的粮食作物之一。然而，块茎在采后处理和运输过程中极易受到机械损伤，这往往导致快速腐烂和巨大的经济损失 (Han et al., 2022)。在采后病害中，主要由硫色镰刀菌 (Fusarium sulphureum) 引起的干腐病破坏性极大，对马铃薯储存构成了全球性挑战 (Tiwari et al., 2020)。该病害不仅导致严重的重量损失和组织软腐，还使块茎易受二次感染，从而加剧了对马铃薯产业的整体损害和经济负担 (Tiwari et al., 2021)。病原体通常通过收获或处理过程中产生的伤口进入，这凸显了有效伤口愈合对于限制真菌渗透和限制病害进展的关键重要性 (Zhu et al., 2022)。马铃薯的自然伤口愈合涉及形成富含木质素和木栓质的保护性闭合层，它作为防止水分流失和病原体入侵的物理屏障 (Xie et al., 2023)。木栓质本身是一种复杂的杂聚合物，由发生交联反应以加固屏障的木栓质多酚 (SPP) 和木栓质聚脂肪族 (SPA) 结构域组成 (Zhu et al., 2022)。苯丙烷类途径在这一过程中处于核心地位，它提供酚酸和木质素单体，这是 SPP 和木质素必需的前体，从而强调了其在马铃薯伤口防御中的关键作用。
L-苯丙氨酸 (L-Phe) 是苯丙烷类途径的入口底物。其细胞浓度在代谢活性和下游产物合成中起着关键的诱导和调节作用 (Yoo et al., 2013)。作为一种代谢前体，L-Phe 已被证明能增强植物对各种外部胁迫的抗性。L-Phe 的外源喷洒有效抑制了柑橘中 digitatum 青霉 (Penicillium digitatum)、芒果中胶孢炭疽菌 (Colletotrichum gloeosporioides) 和牛油果中嗜可可毛孢菌 (Lasiodiplodia theobromae) 的感染 (Patel et al., 2020)。L-Phe 通过上调苯丙氨酸解氨酶 (PAL)、肉桂酸 4-羟化酶 (C4H) 和 4-香豆基辅酶 A 连接酶 (4CL) 等酶来激活苯丙烷类代谢。这推动了酚类化合物的积累 (Seo et al., 2015; Singh et al., 2010)。因此，L-Phe 处理与包括番茄、草莓和小麦在内的几种作物中总酚含量增加和采后品质改善有关 (Aghdam et al., 2019; Feduraev et al., 2020; Manda-Hakki & Hassanpour, 2024)。据报道，采前施用 L-Phe 还能通过刺激伤口愈合和增强胁迫反应来缓解甜瓜的冷害 (Xie et al., 2022; Xie et al., 2024)。
尽管有报道称 L-Phe 能增强几种果树作物对真菌病原体的抗性，但其在调节马铃薯块茎伤口愈合过程中的作用仍很大程度上未被探索。据我们所知，以前的研究尚未调查 L-Phe 是否促进马铃薯伤口部位的木栓质或木质素沉积。也没有任何研究建立 L-Phe 处理与块茎愈合过程中协调的苯丙烷类代谢之间的联系。这项工作提供了 L-Phe 诱导马铃薯伤口屏障发育的首个综合生理和生化证据。我们假设外源 L-Phe 增强苯丙烷类代谢，导致酚酸和木质素单体的产生增加，从而有助于伤口组织的结构加固。虽然 L-Phe 与其他作物的防御信号有关 (Dixon et al., 2002)，但其在马铃薯中的潜在调节作用仍然是假设性的。此外，本研究专注于伤口屏障形成中苯丙烷类衍生的芳香族成分，特别是 SPP 和木质素沉积，而不是脂肪族木栓质结构域、蜡质积累或木栓层分化。
章节片段
马铃薯与病原体
马铃薯块茎 (Solanum tuberosum L. cv. Atlantic) 由艾兰马铃薯产业有限公司 (中国) 提供。田间管理措施遵循当地生产标准。从同一品种、生产区域和收获期中选择大小均匀、无可见缺陷、机械损伤或病害症状的块茎。收获后，块茎被装入网袋并运至甘肃农业大学。然后将其储放在 4 ± 2 °C 的冷库中
L-Phe 增强了苯丙烷类代谢的关键酶活性
L-Phe 似乎提高了 PAL 活性，7 d 后比对照组高 26.3% (图 1A)。C4H 和 CAD 活性遵循相同的趋势，在 14 d 时，处理块茎中的活性分别比对照组高 25.1% 和 22.4% (图 1B, D)。此外，处理 7 d 后，处理块茎的 4CL 活性比对照组高 50.3% (图 1C)。因此，L-Phe 增强了块茎中的苯丙烷类途径。
L-Phe 增加了酚酸和总酚的积累
肉桂酸、对香豆酸、咖啡酸的
L-Phe 在马铃薯块茎伤口愈合期间增强苯丙烷类代谢
苯丙烷类途径通过为伤口屏障形成提供芳香族前体和贡献与防御反应相关的酚类化合物，在马铃薯块茎伤口愈合中起着重要作用 (Han et al., 2024)。苯丙氨酸是该途径中的上游底物，其通过 PAL 和 C4H 的转化提供了下游苯丙烷类相关化合物积累的代谢基础 (Yu et al., 2022)。在本研究中，外源 L-Phe 增加了
结论
外源 L-Phe 增强了马铃薯块茎中与苯丙烷类相关的伤口反应。这反映在 PAL、C4H、4CL、CAD 和 POD 活性增加，特定的苯丙烷类相关酸、可溶性单木素、总酚和与木质素相关的芳香族壁材料积累更高，以及与伤口相关的自荧光区和木质素区的发育增强。这些反应伴随着重量损失减少和伤口愈合期间适度的病害严重程度降低
CRediT 作者贡献声明
Lirong Yu: 写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，构思。Wei Liang: 写作 – 审阅与编辑，数据整理。Pengdong Xie: 软件。Tingting Su: 方法论。Yingbo Tang: 形式分析。Yi Wang: 软件。Yang Bi: 写作 – 审阅与编辑，监督，项目行政，资金获取。Dov Prusky: 构思。
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本报告中所述工作的公正性。
致谢
本研究得到了 国家自然科学基金 (32272783) 和 甘肃省优秀博士生项目 (24JRRA673) 的支持。
Lirong Yu|Wei Liang|Pengdong Xie|Tingting Su|Yingbo Tang|Yi Wang|Yang Bi|Dov Prusky
