女贞属（Ligustrum sp.）果实发育过程中的理化变化、生物活性化合物动态及蛋白质组重塑

《Plant Molecular Biology Reporter》：Physicochemical Changes, Bioactive Compound Dynamics, and Proteomic Remodeling During Ligustrum sp. Fruit Development

　　

本研究通过物理、化学、理化、蛋白质组学（proteomics）及代谢组学（metabolomics）分析，探究了女贞属（Ligustrum sp.）果实的发育过程。研究发现，果实成熟伴随显著的理化变化及酚类化合物（phenolic compounds）的复杂动态，表明其代谢生理作用及潜在的营养与药理应用价值。蛋白质组学分析共鉴定出359个差异表达蛋白（differentially expressed proteins, DEPs），其中47个与能量代谢、基因调控、胁迫响应及细胞壁重塑等代谢功能相关。此外，还鉴定出大量假定蛋白（hypothetical proteins），凸显了进一步功能研究的必要性。研究结果表明，果实生长与成熟受到多层面调控，并伴随强烈的生化活动，有助于深入理解相关分子机制，同时彰显该物种在未来功能性与药理学应用方面的生物技术潜力。

**女贞属果实发育的多组学与理化特性研究解读**

### 一、研究背景与目的

女贞属（Ligustrum sp.）隶属于木犀科（Oleaceae），该科还包括白蜡树（Fraxinus excelsior）、油橄榄（Olea europaea）及欧丁香（Syringa vulgaris）等物种。女贞属为原产于中国的灌木或小乔木，自十八世纪起被引种至多国，广泛用作观赏及绿篱植物，全球约有50个种。其果实长度6～8.5 mm，宽度3.5～5.5 mm，成熟时呈黑紫色或深灰色，表面皱缩。已有研究表明，女贞属多种果实及叶片提取物具有抗氧化、免疫调节、抗白血病、保肝、抗炎、抗病毒及抗肿瘤等生物活性，其果实含三萜类、环醚萜类、苯乙醇苷类及黄酮类等活性成分，如齐墩果酸（oleanolic acid）、熊果酸（ursolic acid）、特女贞苷（specnuezhenide）、红景天苷（rhodioloside）及槲皮素（quercetin）等。

然而，尽管女贞属的功能潜力已获认可，有关其果实发育过程中生理与生化转化的信息仍然匮乏。果实发育始于开花，经历生长、成熟与衰老等阶段，果实品质（营养、功能及感官）在此过程中建立。因此，阐明果实发育的化学与生化机制，对优化育种策略及采前采后技术、提升产量与品质至关重要。组学方法（尤其是蛋白质组学与代谢组学）能够在整体水平上鉴定和定量不同发育阶段的蛋白质及次生代谢物，为解析果实发育机制提供关键信息。本研究创新性地整合蛋白质组学、代谢组学及物理、化学、理化分析，全面考察女贞属果实发育过程，以期拓展对该物种分子与生化机制的认识，并揭示其营养与功能潜力。

### 二、主要技术方法

研究人员以巴西拉夫拉斯联邦大学（UFLA）校园内的女贞属植株为材料，按形态学标准将果实分为5个发育阶段（S1～S5），每阶段设4个重复。分析方法包括：物理与化学指标测定（质量、尺寸、呼吸速率、密度、色泽、总叶绿素、总类胡萝卜素、花青素、质地、果胶、总糖、pH、可滴定酸度及可溶性固形物）；代谢组学分析采用高效液相色谱-二极管阵列检测-紫外可见检测（HPLC-DAD-UV-Vis）对酚类化合物及生物碱进行定性和定量；蛋白质组学分析采用酚法提取蛋白、酶解后经nanoUPLC-ESI-Q-ToF-MS/MS鉴定，利用Progenesis QI软件进行蛋白定量与差异分析，并通过Blast2GO、STRING等工具进行功能注释与富集分析。

### 三、研究结果

#### 3.1 物理、化学与理化变量

发育过程中，果实质量增加3.45倍，成熟时达0.20 g，长度和宽度分别增至7.6 mm和6.2 mm。呼吸速率在S4阶段出现明显峰值（304.26 mL CO₂.kg^?1.h^?1），为S1的2.02倍，表现出典型的跃变型果实特征。果实密度在S3和S4阶段显著升高，可能与光合同化物的积累有关。色泽方面，L*值逐渐下降表明果实变暗，h°和C*值降低反映绿色消退、紫色调增强。色素分析显示，叶绿素在S1到S2间明显降解，类胡萝卜素总量下降，而花青素浓度显著升高。果实硬度在S1至S3间增加，随后在S4和S5显著下降，同时可溶性果胶和总果胶含量升高，表明细胞壁果胶物质的溶解与软化相关。总糖含量在成熟期显著增加（约3%），可溶性固形物在S1至S2上升后趋稳；pH值升高，可滴定酸度降低，二者呈负相关，与有机酸在呼吸中被消耗或转化为糖类有关。

#### 3.2 代谢组学分析

共鉴定出1种生物碱（葫芦巴碱，trigonelline）和8种酚类化合物。各阶段普遍检出的化合物按浓度排序为：反式肉桂酸（trans-cinnamic acid）> 葫芦巴碱 > 对香豆酸（p-coumaric acid）> 绿原酸（chlorogenic acid）= 白藜芦醇（resveratrol）> 咖啡酸（caffeic acid）；此外还检出少量儿茶素（catechin）、丁香酸（syringic acid）和阿魏酸（ferulic acid）。葫芦巴碱在S1至S4保持稳定，至S5显著升至8.32 mg 100 g^?1。反式肉桂酸是含量最高的酚类化合物，但在发育中由S1的37.43 mg 100 g^?1降至S5的27.64 mg 100 g^?1。绿原酸在S2至S3间上升后稳定；咖啡酸、阿魏酸在S1至S2下降后趋平；儿茶素、丁香酸、白藜芦醇及对香豆酸含量在整个发育期基本稳定。这些化合物的动态模式因物种而异，反映不同基因型特有的生理与代谢策略，酚类物质可能与生物及非生物胁迫防御和细胞壁结构支持有关。

#### 3.3 蛋白质组学分析

共鉴定出487个蛋白，其中359个在发育期呈显著差异丰度（p < 0.05，FC > 2）。差异蛋白中64.90%（233个）为假定蛋白，5%（18个）为未表征蛋白，反映出女贞属及相关物种功能注释资源的匮乏。功能富集分析显示，47个已知功能蛋白涉及10个生物学过程，以细胞及代谢过程为主；分子功能以质子跨膜转运为主，亚细胞定位主要在膜和细胞质。蛋白-蛋白互作网络将相关基因分为5个簇，包括质子转运ATP合酶复合体、线粒体ATP合酶复合体及含LysM/Malectin结构域的混合簇等。主成分分析（PCA）显示各阶段生物学重复聚类良好，S1与S2表达谱相似，后期阶段彼此差异增大。

##### （1）能量代谢与电子传递

鉴定出6个ATP合酶（EC 3.6.3.14）亚基，包括线粒体来源的ATP1、α和β亚基及质体来源的CF1 ATP合酶α和β亚基，均在成熟阶段（S3～S5）高表达，表明果实成熟期能量需求强烈。甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH，EC 1.2.1.12）在S5表达最高，参与糖酵解和糖异生，其活性升高与ATP合酶高表达相吻合，支持成熟过程能量代谢增强。核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RuBisCO，EC 4.1.1.39）在S4表达最高，提示其可能参与果实成熟期的代谢转变和储存物质转化。

##### （2）基因表达与调控

鉴定出DEAD-box ATP依赖性RNA解旋酶（EC 3.6.4.13），在S4表达最高、S1最低，参与RNA解旋和前体rRNA加工。质体RNA聚合酶β亚基和RNA聚合酶II分别在S5和S3高表达，提示转录水平调控在果实发育中的重要性。pre-mRNA剪接因子SR-like在S4表达最高，可能在发育关键期协调选择性剪接事件。Argonaute 1蛋白在S3表达最高，参与转录及转录后基因沉默。两个SABRE蛋白均在S4表达最高、S5最低，与细胞极性调控和细胞壁胼胝质沉积相关。

##### （3）胁迫响应与防御

过氧化氢酶（CAT，EC 1.11.1.6）的两种亚型（过氧化氢酶2和3）分别在S4和S5表达最高，参与清除H₂O₂、维持氧化还原稳态。热激蛋白（HSP）在S5（完全成熟）表达最高，可能在成熟期适应性响应中保护蛋白完整性。Pik-2类蛋白在S4表达最高，与病原检测和抗病防御机制相关，而S4呼吸峰和果实软化可能增加病原敏感性。

##### （4）细胞信号转导与碳水化合物代谢

鉴定出6个丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶（含或不含富亮氨酸重复（LRR）结构域），在S4和S5表达较高，可能参与抗氧化防御和成熟调控。木葡聚糖半乳糖基转移酶（XLT2）在S5表达最高，催化木葡聚糖侧链半乳糖残基添加，参与果实成熟期细胞壁重塑，与质地分析中检测到的软化现象一致。

### 四、结论

女贞属果实的发育伴随显著的理化变化，包括质量、长度、宽度、可溶性与总果胶、总糖、可溶性固形物及pH升高，以及可滴定酸度和硬度降低。同时，果实表现出典型的跃变型呼吸特征和与色素合成、降解相关的明显色泽变化。代谢组分析揭示了酚类化合物的复杂动态，尤其是葫芦巴碱在成熟期逐渐积累，以及儿茶素、白藜芦醇、绿原酸、咖啡酸和阿魏酸等生物活性成分具有稳定存在，显示出重要的生理功能和潜在的营养及药理价值。蛋白质组分析鉴定了与能量代谢、基因调控、胁迫响应及细胞壁重塑相关的蛋白变化，同时发现大量假定蛋白，强调了进一步功能研究的必要性。这些发现揭示了支持果实发育与品质性状的复杂调控和强烈代谢活动，有助于理解相关分子机制，并凸显该物种在生物技术和功能应用方面的潜力。