生理和转录组学分析揭示了采前GA?和CPPU处理改善芒果贮藏的机制

《Postharvest Biology and Technology》：Physiological and transcriptomic analyses reveal the mechanism of improved mango storage by pre-harvest GA? and CPPU treatment

　　

**•采前GA?和CPPU处理可增加芒果果实大小并改善贮藏性。** •GA?和CPPU延迟了与成熟相关的内源植物激素变化。 •转录组分析揭示了与芒果贮藏相关的阶段性通路。 •WGCNA鉴定了经qRT-PCR验证的贮藏相关候选基因。 •生理学和转录组数据将GA?和CPPU与芒果延迟成熟联系起来。

## 1. 引言

植物的开花、结果、成熟和衰老受内源信号和外源环境因素的共同调控。植物激素是重要的内源调节因子，其平衡可以通过施用植物生长调节剂（PGRs）进行人为调控。在现代农业和园艺中，PGRs被广泛应用以实现目标生理效果。目前约有40种活性PGR化合物被使用，这些应用有助于更高效地管理作物、提高产量稳定性、改善产品质量以及延长贮藏期和货架寿命（Rademacher, 2015）。果实是全球粮食安全的重要组成部分。成熟是一个复杂的生理过程，涉及受内部调控网络和外部环境条件影响的代谢和结构变化，这些过程最终决定了果实的最终品质（Kou et al., 2021）。Kumar等人（2014）表明，果实成熟是由植物激素单独或协同作用所调控的。包括生长素、赤霉素（GAs）、细胞分裂素（CKs）、脱落酸（ABA）和乙烯在内的关键PGRs，常被用于调控采后品质和延迟衰老，以及其他参与成熟过程的新兴调节因子（Gray, 2004）。

GA是调节果实生长发育的重要植物激素。在生物活性GA（如GA?、GA?、GA?和GA?）中，GA?在延迟成熟和衰老、改善内外品质以及增强园艺作物的抗逆性和抗病性方面发挥尤为重要的作用（Zhang et al., 2023）。GA?处理促进细胞分裂和伸长，增加果实大小并改变果实形态，这些效果在不同果树种类中存在差异。例如，在石榴（Punica granatum L.）中，GA?施用显著增加了果实长度、直径和单果重量，从而通过改善物理特征提高了果实的商业价值（Mahbob et al., 2019）。此外，GA?显著影响包括硬度、可溶性固形物含量（SSC）、滴定酸度（TA）和营养成分在内的品质属性。例如，GA?处理延缓了猕猴桃（Yang et al., 2023）的硬度下降，减少了'Angelino'李（Erogul and Sen, 2016）和日本李品种（Harman and Sen, 2016）的重量损失和腐烂，并提高了李和蓝莓（Barac et al., 2022, Zang et al., 2016）的SSC同时降低了TA，从而有助于维持采后品质。GA?通过经典的信号转导通路和转录因子网络调节果实发育和品质。GA?介导调控的关键分子机制涉及GA?-GID1-DELLA信号通路（Galimba et al., 2019），以及WRKY（Chen et al., 2022）和ERF（Xiao et al., 2022）转录因子。GA?通过延迟成熟和调节细胞壁代谢及膜脂代谢来延长果实货架寿命。例如，在番茄中，GA?处理延迟了成熟过程并抑制了乙烯合成基因的表达，从而减少乙烯产量（Wu et al., 2024）。在苹果中，GA?施用改变了细胞壁修饰基因的表达，影响果实硬度和软化（Galimba et al., 2019）。同样，在香蕉中，GA?降低了多聚半乳糖醛酸酶（PG）活性，延缓了细胞壁降解（Adel and Mohamed, 2019）。GA?还调节膜脂代谢，这表现在柠檬中脂质组成和氧化酶活性的变化（Zhou et al., 2022），以及桃中脂氧合酶（LOX）和磷脂酶D（PLD）表达受到抑制导致脂质过氧化减少（Jiao and Duan, 2019）。

在植物生长调节剂中，氯吡脲（N-[2-氯-4-吡啶基]-N′-苯基脲；CPPU）是已知的细胞分裂素氧化酶抑制剂，具有强烈的细胞分裂素样活性（Kopecny et al., 2010）。CPPU已被证明能在多种园艺物种中有效调节细胞分裂、形态发生和果实品质，包括火龙果（Jiang et al., 2020）、香蕉（Huang and Jiang, 2012）、葡萄（Marzouk and Kassem, 2011）、蓝莓（NeSmith, 2002, Retamales et al., 2014）、梨（Zhang et al., 2009）和猕猴桃（Cruz-Castillo et al., 2002, Kim et al., 2006）。CPPU还调节各种果实品质属性，如硬度。例如，在蓝莓中，CPPU处理延缓了贮藏期间果实硬度的下降（Retamales et al., 2014）。此外，GA?和CPPU的联合施用在多种果实作物中表现出协同效应。在香蕉中，GA?和CPPU的共同处理显著抑制了果实软化并延迟了呼吸速率和乙烯产量的峰值（Huang et al., 2014）。

芒果（Mangifera indica L.）是全世界广受欢迎的热带水果，因其鲜艳的颜色、独特的香气、细腻的风味和营养价值而备受推崇。它广泛种植在亚洲、非洲和美洲的热带和亚热带地区，并常被加工成果汁、糖果和腌制产品。在芒果生产中，外源PGRs被频繁施用以调节果实发育和成熟，在稳定和增加产量方面发挥着关键作用。常用于芒果果实增大的PGRs包括GA?、CPPU、噻苯隆（TDZ）、萘乙酸（NAA）和吲哚-3-乙酸（IAA）。其中，GA?是最广泛使用的调节剂之一，主要通过促进细胞分裂和膨大来增加果实大小。例如，在Banganpalli芒果中，GA?在果实发育的豌豆期和大理石期施用显著提高了果实保留率（Deepa et al., 2025）。TDZ是一种合成细胞分裂素类似物，也能有效促进果实增大；10–15 mg/L TDZ处理已被证明能显著增加果实大小和重量，同时延长货架寿命（Jiang et al., 2024b）。多项研究表明，NAA通过抑制乙烯合成和活性，显著减少果实发育阶段的生理落果。对Keitt芒果品种的研究表明，40 mg/L NAA处理显著降低了落果率，同时增加了单株果实数量和产量（Gattass et al., 2018）。此外，IAA施用有助于维持果实硬度和可溶性总固形物（TSS）水平，有效延迟芒果果实的采后衰老（Zhou et al., 2023）。

在芒果生产中，坐果不良、落果和果实发育不良会降低可上市产量和果实品质。因此，PGRs常在果实发育过程中施用，以改善果实保留和生长。此外，作为跃变型果实，芒果表现出快速的采后成熟过程，通常导致快速软化、易腐和货架寿命严重受限。虽然现有针对GA?和CPPU的研究主要描述了其生理影响，但这些调节剂影响果实品质的分子机制仍缺乏充分探索。在本研究中，我们整合了生理学和转录组学方法，系统考察了采前GA?和CPPU处理对芒果贮藏品质的影响。我们的目标是评估这些处理如何调节关键采后果实属性，并鉴定与贮藏性相关的差异表达基因（DEGs）和富集通路。研究结果为改善芒果及其他园艺作物的采后品质提供了重要的生理学和分子学见解以及实践基础。

## 2. 材料与方法

### 2.1. 材料与实验处理

芒果品种'台农一号'来源于中国广西壮族自治区的广西大学标本园（纬度：22°04′N，经度：108°22′E）。3% GA?水乳剂和0.1% CPPU溶液由四川国光农化有限公司提供。

在花后25天、36天和47天时，用GA?和CPPU溶液对芒果树进行喷雾处理。实验包含五个处理：

- **T1**：25天时20.00 mg/L GA?；36天时26.67 mg/L GA?；47天时33.33 mg/L GA?
- **T2**：25天时20.00 mg/L GA? + 7.5 mg/L CPPU；36天时26.67 mg/L GA? + 7.5 mg/L CPPU；47天时33.33 mg/L GA? + 7.5 mg/L CPPU
- **T3**：25天时20.00 mg/L GA? + 15 mg/L CPPU；36天时26.67 mg/L GA? + 15 mg/L CPPU；47天时33.33 mg/L GA? + 15 mg/L CPPU
- **T4**：25天时20.00 mg/L GA? + 30 mg/L CPPU；36天时26.67 mg/L GA? + 30 mg/L CPPU；47天时33.33 mg/L GA? + 30 mg/L CPPU
- **对照**：清水

施用方法遵循Jiang等人（2024a）描述的步骤。逐渐增加的GA?浓度是为了适应随着果实发育在这些阶段推进过程中生长调节需求的变化。CPPU在实际芒果种植中常与GA?一起使用，因此CPPU以三种代表性剂量与相同的GA?方案联合施用。每棵树接受40 L溶液的充分喷雾。无病虫害的果实在花后91天采收，并运输至广西大学实验室。每个处理分配3棵树，作为3个生物学重复。每个处理共采集180个果实。所有果实室内贮藏于28 ± 0.5 °C。由于对照组在第9天出现严重腐烂，故未从该组采集样品。取样果实立即液氮速冻，保存在?80 °C中以备后续分析。

### 2.2. 果实物理特性测定

芒果果实的横径和纵径使用游标卡尺（Mitutoyo，型号CD-15AX，日本）测量。果实形状指数计算为纵径与横径的比值。单个果实的重量使用电子天平测定。每个处理随机选取20个果实进行这些测量。

### 2.3. 果实内部品质属性测定

芒果果实沿纵轴切开，提取果汁并应用于数字折光仪（ATAGO，PAL-1，日本）测定可溶性固形物含量（SSC）。SSC测量进行3个生物学重复，每个重复包含10个果实，结果以百分比（%）表示。果肉中的可溶性糖含量使用蒽酮比色法测定。反应产物的吸光度在630 nm处使用UV-1800分光光度计（Shimadzu，日本）测定。滴定酸度通过NaOH滴定法测定，以酚酞作为终点指示剂；滴定终点定义为出现稳定的浅粉色。可溶性糖和滴定酸度分析均遵循已描述的程序（Cao et al., 2007）。每个处理进行三次重复分析，结果以均值表示。糖酸比计算为可溶性糖含量与滴定酸度的比值。

### 2.4. 硬度与膜脂过氧化指标测定

果实硬度使用质构分析仪（型号FHT-05，上海浦誉工业科技有限公司，中国）配合3.5 mm探针测量。每个处理分析10个果实，3个生物学重复。每个果实的赤道区域两侧各取2个测量点，结果以牛顿（N）表示。根据Huang等人（2015）描述的方法，果实根据病斑大小和表面腐烂程度分为五个等级。详细的分级标准见附表S1。计算病害指数时，每个处理20个果实，3个独立生物学重复。病害指数通过以下公式确定：病害指数（%）= ∑（腐烂程度 × 该等级果实数量）/（最高标准 × 果实总数）× 100。丙二醛（MDA）含量按照Cao等人（2007）描述的方法在果肉中定量测定。此外，细胞膜通透性通过测量果皮相对电导率评估，如Cao等人（2007）所述。

### 2.5. 氧化还原系统指标测定

芒果果肉作为实验材料。过氧化氢酶（CAT）活性使用CAT活性检测试剂盒（北京索莱宝科技有限公司，中国北京）测定。超氧化物歧化酶（SOD）活性使用SOD活性检测试剂盒（北京索莱宝科技有限公司，中国）测定。过氧化物酶（POD）活性使用同一制造商提供的POD活性检测试剂盒评估。多酚氧化酶（PPO）活性使用PPO活性检测试剂盒（苏州格瑞生物技术有限公司，中国）评估。所有程序按照制造商说明进行操作。

### 2.6. 内源植物激素含量测定

GA?、IAA、ABA和乙烯是与果实发育和成熟相关的主要内源激素信号。芒果果肉作为实验材料。GA?、吲哚-3-乙酸（IAA）和ABA的含量按照Gong等人（2017）描述的方法测定。简要地说，0.5 g样品均质化后用10 mL甲醇在0–4 °C下提取。提取重复三次，合并所得上清液。

合并的上清液在38°C的减压条件下通过蒸发浓缩。在避光条件下，向浓缩液中加入4 mL磷酸缓冲液（0.07 mol/L，pH 8.0–8.3），然后用8 mL乙酸乙酯进行两次连续萃取。合并上层有机相，在相同条件下蒸发，并用500 μL甲醇复溶。溶液经0.22 μm滤膜过滤后进行测定。GA?、IAA和ABA的定量测定通过超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC–MS/MS）进行，使用ZORBAX RRHD Eclipse Plus C18柱（2.1 × 100 mm，1.9 μm；Agilent，美国加利福尼亚州），柱温维持在25°C。乙烯含量通过气相色谱法（GC）测定。具体而言，将0.5 g果肉样品与0.1 mL蒸馏水置于密封瓶中，在室温下孵育24小时。使用HP-5色谱柱（30 × 0.25 mm；Agilent，美国加利福尼亚州），在230°C下定量测定乙烯。

2.7 差异表达基因的筛选与分析

在贮藏1、3、5和7天后，从以下各组中采集芒果果肉样品：CK1（对照，1天）、CK2（对照，3天）、CK3（对照，5天）、CK4（对照，7天）、TC1（T3，1天）、TC2（T3，3天）、TC3（T3，5天）和TC4（T3，7天）。每组设置三个生物学重复进行RNA测序。基于初步的生理和表型观察结果，选择这些样品进行转录组测序和表达谱分析。RNA测序和初始数据处理由北京诺禾致源生物技术公司完成。基因表达丰度以每千碱基转录本每百万映射读段的片段数（FPKM）进行估计。保留在至少一个样品中FPKM > 1的基因用于后续表达模式分析。使用DESeq基于原始读段计数数据对TC1与CK1、TC2与CK2、TC3与CK3和TC4与CK4进行两两比较的差异表达分析。P值基于负二项分布模型计算，并使用Benjamini–Hochberg方法进行多重检验校正。调整P值（FDR）< 0.05且|log?折叠变化| > 1的基因被定义为差异表达基因（DEGs）。使用KOBAS 2.0对DEGs进行KEGG通路富集分析。校正P值 < 0.05的通路被认为显著富集。在后续解释中，特别关注与采后成熟和贮藏响应具有明确生物学相关性的富集通路，包括激素信号转导、氧化应激反应和细胞壁相关代谢。根据功能注释和转录因子家族信息，从DEGs中进一步筛选与芒果果实贮藏相关的候选基因。优先关注与ABA信号转导/代谢、氧化应激反应、细胞壁重塑和转录调控相关的基因。具体而言，ABA相关基因包括PYR/PYL、PP2C、CYP707A和ASR成员；氧化应激相关基因包括CAT、SOD和POD/PER成员；细胞壁相关基因包括PG成员；转录因子候选基因包括MYB和ERF基因。在贮藏中后期表现出显著差异表达的候选基因给予特别关注。使用R包WGCNA进行加权基因共表达网络分析（WGCNA），以鉴定共表达模块和模块相关候选基因（Langfelder and Horvath, 2008）。进一步考察候选基因的模块分配和模块内连接性。进行Pearson相关分析以评估模块特征基因与四个贮藏相关生理性状之间的关系，包括果实硬度、MDA含量、ABA含量和乙烯含量，涵盖对应的八个处理组（CK1–CK4和TC1–TC4）。计算Pearson相关系数（r）和相应的P值。利用与ABA信号转导和代谢、氧化应激反应、细胞壁重塑和转录调控相关的选定候选基因构建以转录因子为中心的共表达网络。使用log?(FPKM+1)转换的表达值计算Pearson相关系数，保留|r| ≥ 0.95且P < 0.05的基因对用于网络可视化。共表达网络使用Cytoscape 3.8.2版本进行可视化（Shannon等，2003）。使用TBtools基于log?(FPKM+1)转换值生成候选基因表达模式的热图，并进行行方向标准化（Chen等，2020）。

2.8 qRT-PCR验证

使用HiPure HP Plant RNA Mini Kit（ Magen Biotechnology，广州，中国）从芒果果肉中提取总RNA。使用M-MLV逆转录试剂盒（Takara，大连，中国）合成第一链cDNA。使用SYBR Premix Ex Taq II（Takara，大连，中国）在ABI 7500实时PCR系统上进行定量实时PCR（qRT-PCR）。使用Primer3（https://bioinfo.ut.ee/primer3-0.4.0/）设计基因特异性引物（表S2）。MiActin1用作表达数据归一化的参考基因（Luo等，2013）。所有操作均按照制造商的说明进行。使用2?ΔΔCt方法基于循环阈值（Ct）值计算基因相对表达水平（Livak and Schmittgen, 2001）。结果以三个生物学重复的均值表示。

2.9 统计分析

除非另有说明，生理指标和qRT-PCR测定均采用三个生物学重复。在每个贮藏时间点分别通过单因素方差分析（ANOVA）分析处理效应，并使用IBM SPSS Statistics 23.0（IBM Corp.，纽约州Armonk，美国）进行Duncan多重范围检验。P < 0.05被认为差异具有统计学显著性。模块-性状相关分析如2.7节所述进行。数据可视化使用Origin 2021（OriginLab，马萨诸塞州Northampton，美国）完成。

3. 结果

3.1 GA?和CPPU对芒果果实物理特性的影响

贮藏期间对照和处理组芒果果实外观和果皮颜色的差异如图1A所示。与对照相比，GA?和CPPU处理显著增加了果实横径、纵径和单果重量。在所测试的四个处理中，T3和T4对果实发育的影响最为显著。值得注意的是，T3和T4处理下果实形状指数相对于对照有所下降，表明在果实生长过程中横径的增加幅度大于纵径。基于这些结果，T3和T4在果实增大方面表现出比其他处理更大的效果。

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图1. GA?和CPPU对芒果果实物理特性的影响。（A）贮藏期间对照和处理组芒果果实外观的变化（比例尺，20 cm）。（B）横径。（C）纵径。（D）果实形状指数。（E）单果重量。柱上方不同小写字母表示处理间存在显著差异（P < 0.05，Duncan多重范围检验）。

3.2 GA?和CPPU对芒果果实内在品质属性的影响

贮藏初期，芒果果实的可溶性固形物含量（SSC）开始升高。对照组在第5天达到SSC峰值，而GA?和CPPU处理组的SSC在第7天达到峰值，此后SSC在整个剩余贮藏期间持续下降（图2A）。可溶性糖含量呈现相似趋势（图2B）。对照组在贮藏过程中滴定酸度持续下降，而GA?和CPPU处理延缓了这一下降过程，并维持了显著较高的滴定酸度（图2C）。糖酸比作为果实风味质量的关键指标，在所有处理组贮藏期间均有所升高。然而，与GA?和CPPU处理组相比，对照组的糖酸比显著更高（图2D）。总体而言，与对照相比，GA?和CPPU处理组的这些内在品质指标的时间变化有所延迟。在处理组中，在相同的GA?施用方案下增加CPPU补充量，往往导致某些内在品质属性的下降幅度更大。综合果实品质的整体变化来看，CPPU补充量相对较低的处理在贮藏期间更有助于保持内在品质。

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图2. GA?和CPPU对芒果果实内在品质的影响。（A）可溶性固形物含量。（B）可溶性糖含量。（C）滴定酸度。（D）糖酸比。柱上方不同小写字母表示同一时间点存在显著差异（P < 0.05，Duncan多重范围检验）。

3.3 GA?和CPPU对芒果果实硬度和膜脂过氧化的影响

果实硬度在采后迅速下降，但GA?和CPPU处理显著延缓了这一下降（图3A）。在处理组中，T3对延缓硬度损失的效果最为显著。芒果果实的病害指数从采后贮藏第5天开始迅速上升。在所有处理组中，T3的病害指数最低（图3B）。对照组中MDA含量随贮藏时间延长而显著增加，而GA?和CPPU处理有效抑制了这一增加（图3C）。贮藏第7天，T3处理组的MDA含量比对照组低65.8%。还测定了反映细胞膜通透性变化的果皮相对电导率。所有组在贮藏期间相对电导率均有所升高，但GA?和CPPU处理相对于对照显著减缓了这一升高（图3D）。这些结果表明，GA?和CPPU处理与果实软化延迟、膜脂过氧化和氧化损伤减少以及采后贮藏性改善相关。在处理组中，T3在整个贮藏期间始终保持相对较高的硬度和较低的病害指数及MDA水平。

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图3. GA?和CPPU对芒果果实硬度和膜脂过氧化的影响。（A）硬度。（B）病害指数。（C）丙二醛（MDA）含量。（D）果皮相对电导率。柱上方不同小写字母表示同一时间点存在显著差异（P < 0.05，Duncan多重范围检验）。

3.4 GA?和CPPU对芒果果实氧化还原相关酶活性的影响

活性氧（ROS）的过度积累会导致果实氧化损伤，抗氧化酶的活性是决定ROS清除效率的关键因素。贮藏初期，所有处理组的CAT活性均有所升高。对照组在第3天达到峰值，而GA?和CPPU处理组的CAT活性在第5天达到峰值，此后CAT活性逐渐下降（图4A）。GA?和CPPU处理维持CAT活性在较高水平，在整个贮藏中后期，酶活性均高于对照组。SOD活性在贮藏期间也逐渐升高。对照组在第5天达到峰值，而GA?和CPPU处理组的SOD活性在第7天达到峰值后迅速下降（图4B）。贮藏第7天，T3处理产生的SOD活性最高，比对照组高83.1%。POD活性的趋势与SOD活性相似（图4C）。PPO活性逐渐升高，在第7天达到峰值后下降。在整个贮藏期间，对照组的PPO活性始终高于GA?和CPPU处理组（图4D）。这些结果表明，GA?和CPPU处理与抗氧化酶活性增强和PPO活性降低相关，与改善氧化还原稳态和延缓与褐变相关的贮藏劣变一致。

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图4. GA?和CPPU对芒果果实氧化还原相关酶活性的影响。（A）CAT活性。（B）SOD活性。（C）POD活性。（D）PPO活性。柱上方不同小写字母表示同一时间点存在显著差异（P < 0.05，Duncan多重范围检验）。

3.5 GA?和CPPU对芒果果肉内源植物激素含量的影响

采后贮藏期间，芒果果肉中的GA?含量持续下降（图5A）。与对照相比，GA?和CPPU处理减缓了这一下降趋势，并维持了相对较高的内源GA?水平。IAA与细胞扩展和物质积累密切相关，并与乙烯和ABA等激素相互作用。IAA含量的时间变化模式与GA?相似（图5B）。在所有处理中，T4处理在整个贮藏期间的IAA含量最高。ABA是与果实成熟和衰老相关的重要激素。贮藏初期ABA含量有所增加，对照组在第3天达到峰值，而GA?和CPPU处理组的ABA含量在第5天达到峰值后逐渐下降。

在各处理中，T3组总体保持相对较低的ABA水平（图5C）。GA?和CPPU处理组中乙烯含量在第7天达到峰值，相较于对照组延迟了2天（图5D）。总体而言，GA?和CPPU处理延缓了内源GA?和IAA水平的下降，并推迟了ABA和乙烯积累的峰值，这与成熟相关激素反应的延迟激活一致。

图5. GA?和CPPU对芒果果肉内源植物激素含量的影响。（A）GA?含量。（B）IAA含量。（C）ABA含量。（D）乙烯含量。柱状图上方的不同小写字母表示同一时间点存在显著差异（P < 0.05，Duncan's多重极差检验）。

3.6 GA?和CPPU处理下芒果果肉中差异表达基因（DEGs）的鉴定

在各比较组中检测到大量DEGs，表明芒果果肉中存在阶段依赖性的转录重编程（图6）。具体而言，TC1与CK1比较共鉴定出955个上调基因和1224个下调基因，而TC2与CK2比较中的DEGs数量明显较少（112个上调基因和283个下调基因）。最显著的转录变化出现在TC3与CK3的比较中，共有1059个上调基因和1579个下调基因。在TC4与CK4的比较中，鉴定出751个上调基因和908个下调基因。总体而言，在所有比较中，下调基因数量均多于上调基因，表明GA?和CPPU处理导致了广泛的转录下调。

图6. GA?和CPPU处理下芒果果肉中DEGs的火山图。（A）TC1 vs CK1的DEGs。（B）TC2 vs CK2的DEGs。（C）TC3 vs CK3的DEGs。（D）TC4 vs CK4的DEGs。

3.7 GA?和CPPU处理下芒果果肉中DEGs的功能富集分析

为探索所鉴定DEGs相关的生物学功能，对各配对比较进行了KEGG通路富集分析，富集通路见图7（A–D）。在TC2与CK2的比较中，DEGs富集于MAPK信号通路-植物、谷胱甘肽代谢、苯丙烷类生物合成以及淀粉和蔗糖代谢通路，提示应激信号转导、抗氧化防御和碳水化合物相关调节的参与。在TC3与CK3的比较中，植物激素信号转导和过氧化物酶体通路的富集表明，激素介导的调节和活性氧代谢可能参与了芒果果肉的转录响应。在TC4与CK4的比较中，氨基糖和核苷酸糖代谢、半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、谷胱甘肽代谢、硫代谢以及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢通路被富集，指向了储藏后期细胞壁多糖代谢和氧化还原稳态的变化。综合而言，这些富集模式表明GA?和CPPU处理与芒果果实储藏期间激素相关信号、氧化还原稳态以及细胞壁和碳水化合物代谢的变化有关。

图7. GA?和CPPU处理下芒果果肉中DEGs的KEGG通路富集分析。（A）TC1 vs CK1 DEGs的富集KEGG通路。（B）TC2 vs CK2 DEGs的富集KEGG通路。（C）TC3 vs CK3 DEGs的富集KEGG通路。（D）TC4 vs CK4 DEGs的富集KEGG通路。

3.8 GA?和CPPU处理下与芒果果实储藏相关候选DEGs的文氏图分析和表达谱分析

为鉴定可能与GA?和CPPU处理在芒果果实储藏期间作用相关的候选基因，利用文氏图和表达热图对四个配对比较中的DEGs进行了进一步分析。文氏图显示，大多数DEGs为特定储藏阶段所特有，而仅有少数DEGs在四个比较组之间共有（图8A–C）。具体而言，在所有四个比较组中共有的上调DEGs仅1个，共有下调DEGs为8个，共有DEGs（不论差异表达方向）为20个。这种有限的重叠表明，芒果果肉对GA?和CPPU处理的转录响应在储藏期间具有高度阶段依赖性。

图8. GA?和CPPU处理下芒果果肉中DEGs的文氏图和热图分析。（A-C）文氏图，展示TC1 vs CK1、TC2 vs CK2、TC3 vs CK3和TC4 vs CK4之间上调DEGs（A）、下调DEGs（B）和全部DEGs（C）的重叠情况。（D）热图，展示与氧化应激响应、细胞壁代谢、转录调节、乙烯相关信号以及ABA相关信号和代谢相关的选定候选DEGs的表达谱。候选基因分为CAT、SOD、POD、PG、MYB、ETH相关基因和ABA相关基因。红色和蓝色分别表示相对高和低表达水平。

为进一步表征可能与采后储藏相关的基因，选择了与氧化应激响应、细胞壁代谢和激素相关调节相关的代表性DEGs进行表达谱分析。热图显示，编码抗氧化相关酶的基因（包括CAT、SOD和POD家族成员）表现出明显的表达模式差异（图8D），表明ROS清除相关过程在转录水平上受到处理的影响。多个PG基因在不同储藏阶段也显示出差异表达，表明细胞壁重塑可能参与了芒果果肉对GA?和CPPU处理的响应。此外，多个MYB转录因子、乙烯相关基因以及ABA相关基因（包括PYR/PYL、PP2C、CYP707A和ASR成员）呈现出阶段特异性的表达模式。这些结果表明，GA?和CPPU处理可能与芒果果实储藏期间氧化应激响应、细胞壁重塑和激素相关转录调节的协调变化有关。

3.9 GA?和CPPU处理下芒果果肉中储藏相关候选基因的WGCNA和共表达分析

为进一步鉴定与芒果果肉对GA?和CPPU处理转录响应相关的候选基因，利用转录组表达数据进行了WGCNA分析。通过层次聚类和动态树切割，将表达的基因分为多个共表达模块，随后根据模块特征基因相似度进行了合并（图9A）。模块-性状关系分析揭示了共表达模块与储藏相关生理性状之间的显著关联（图9B）。MEturquoise模块与果肉硬度呈强负相关（r = ?0.962，P < 0.001），与MDA含量（r = 0.897，P = 0.0025）和乙烯含量（r = 0.884，P = 0.0036）呈强正相关。相比之下，其与ABA含量的相关性不具有统计学显著性（r = ?0.328，P = 0.427）。由于MEturquoise模块中还包含多个与ABA信号和代谢、氧化应激响应、细胞壁重塑和转录调节相关的候选基因，因此该模块被选中进行进一步分析。

图9. GA?和CPPU处理下芒果果肉中候选基因的WGCNA和共表达分析。（A）表达基因的层次聚类树状图，模块通过动态树切割鉴定，并根据模块特征基因相似度合并。（B）模块-性状关系热图，展示模块特征基因与四个储藏相关生理性状（包括果肉硬度、MDA含量、ABA含量和乙烯含量）之间的Pearson相关系数。每个单元格中的数值代表Pearson相关系数，括号内显示相应的P值。红色和蓝色分别表示正相关和负相关。（C）以转录因子为中心的共表达网络，展示与ABA信号和代谢、氧化应激响应、细胞壁重塑和转录调节相关的选定候选基因。节点代表候选基因，连线表示显著共表达关系；橙色和蓝色线条分别表示正相关和负相关。（D）热图，展示MEturquoise模块中代表性候选基因的表达模式。

构建了以转录因子为中心的共表达网络，以探索选定候选基因之间潜在的共表达关系（图9C）。多个MYB和ERF转录因子与ABA相关基因、氧化应激相关基因和PG基因相连，提示转录调节可能与芒果果实储藏期间ABA相关响应、ROS稳态和细胞壁重塑有关。在该网络中，PYL、PP2C、CYP707A和ASR成员与ABA信号和代谢相关，而CAT、CSD和PER/POD成员与氧化应激响应相关。此外，PG基因与细胞壁重塑相关，而细胞壁重塑与果实软化密切相关。

MEturquoise模块中代表性候选基因的热图显示，对照组样品与GA?和CPPU处理组样品在储藏期间表现出不同的表达模式（图9D）。该模块中的多个基因（包括PER17、MYB73、MYB41、PYL4、PG、CSD、ERF109、PP2C24、PP2C77、CYP707A2、CAT1、ERF016、PER48和PER73）呈现出阶段特异性的表达模式。这些结果表明，MEturquoise模块中的候选基因可能与GA?和CPPU处理下ABA信号和代谢、氧化应激响应、转录调节和细胞壁重塑的协调变化有关。综合而言，这些转录模式可能反映了与成熟和衰老进程相关的分子响应及其受到GA?和CPPU处理的调控。

3.10 芒果果实储藏期间与氧化应激响应、细胞壁重塑和激素相关调节相关候选基因的qRT-PCR验证

为验证转录组分析所鉴定候选基因的表达模式，选取了10个与氧化应激响应、细胞壁重塑、转录调节和ABA相关信号相关的代表性基因进行qRT-PCR分析（图10）。氧化应激相关基因对GA?和CPPU处理表现出阶段依赖性的响应。与对照组相比，MiCAT1在处理果实第5天和第7天显著上调，而MiCSD和MiPER73在储藏后期也显示出更高的转录水平。这些结果表明，GA?和CPPU处理可能增强了芒果果实储藏期间ROS清除相关的转录响应。

图10. 储藏期间对照组芒果果肉及GA?和CPPU处理组芒果果肉中与成熟和衰老相关候选基因的表达水平。通过qRT-PCR测定了1、3、5和7天储藏期间选定基因的相对转录水平。数据以三次生物学重复的均值 ± 标准差表示。处理柱上方的星号表示GA?和CPPU处理与同一储藏时间点对照果实之间的显著差异：*P < 0.05，**P < 0.01。

相比之下，两个MiPG基因在储藏中后期在处理果实中的表达水平显著低于对照组。由于PG基因与果胶降解和细胞壁解聚密切相关，其表达下调表明GA?和CPPU处理可能抑制了细胞壁降解相关过程，这可能有助于延缓果肉软化。类似地，转录因子基因MiMYB73、MiERF016和MiERF109在处理果实中的表达水平低于对照组，特别是在储藏3–7天期间，表明MYB和ERF介导的转录调节可能受到处理的影响。

对于ABA相关基因，MiPYL4在储藏中后期的表达水平低于对照组，提示ABA感知相关的转录响应可能在处理下被减弱。MiPP2C37表现出更具阶段特异性的表达模式，在处理果实第5天表达上调，表明ABA信号通路内可能存在反馈调节。总体而言，qRT-PCR结果支持了基于转录组学的候选基因鉴定，并揭示了GA?和CPPU处理下与延缓芒果果实成熟和衰老相关的氧化应激响应、细胞壁重塑和激素相关调节的协调转录变化。

4. 讨论

GA?和CPPU处理有效改善了果实外观品质，包括大小、形状和着色。外源GA?在多种园艺作物中促进果实膨大已有广泛报道。例如，在'Darling'甜樱桃中，GA?处理使果实大小和硬度均高于未处理对照组（Kappel and MacDonald, 2002）。类似地，50 mg/L GA?处理显著促进了莲雾的果实直径和长度（Khandaker et al., 2013）。在石榴（Punica granatum L.）中，GA?处理显著增加了果实长度、直径和单果重量，这些改善直接提高了商业价值（Mahbob et al., 2019）。GA?还促进了'Chandler'草莓果柄的细胞伸长，从而改善了果实形状指数（Sharma and Singh, 2009）。在芒果中，在豆粒期和弹子期施用35 mg/L GA?显著增加了果实长度和直径（Sahu and Sahu, 2020）。除GA?外，CPPU也被证明可以增加梨（Flaishman et al., 2001）、葡萄（Zabadal and Bukovac, 2006）和猕猴桃（Nardozza et al., 2017）的果实生长。

与上述早期研究结果一致，本研究证明，单独使用GA?以及GA?与CPPU联合处理均能显著增加芒果的横径、纵径和单果重。值得注意的是，联合处理比单独GA?处理产生了更为显著的生长促进效果，表明在所测试条件下，添加CPPU增强了生长促进效应。这一发现得到了近期一项研究的支持，该研究表明噻苯隆（TDZ），另一种细胞分裂素类调节剂，也能增加芒果果实大小（Jiang et al., 2024b），强调了细胞分裂素相关调节在协调果实发育中的广泛作用。果实质量是园艺生产中商业价值的关键决定因素。据报道，外源施用GA?和CPPU可调节口感和质地等关键感官属性，从而影响整体市场竞争力。GA?处理可有效延缓猕猴桃硬度丧失，同时保持可滴定酸度和可溶性固形物含量（Yang et al., 2023）。同样，GA?施用减少了'Angelino'李子（Erogul and Sen, 2016）以及'Obilnaja'和'BlackStar'日本李品种（Harman and Sen, 2016）的采后失重率和腐烂率。此外，GA?处理增加了李（Barac et al., 2022）和兔眼蓝莓（Zang et al., 2016）采收时的可溶性固形物含量并降低了可滴定酸度，从而有助于改善采后品质保持。然而，在本研究中，GA?和CPPU处理导致芒果果实可溶性固形物含量和可溶性糖含量降低，且在较高CPPU浓度下下降更为明显，这可能影响整体风味质量。这种相反的结果突显了植物生长调节剂对果实代谢谱的物种依赖性和浓度依赖性效应。因此，在芒果生产体系中，必须精心优化GA?和CPPU的施用方案，以在不损害关键感官属性的前提下实现果实增大的效果，强调了管理策略中在生长促进与品质维护之间实现平衡调节的必要性。GA?和CPPU处理在调节果实成熟与衰老的生理进程方面发挥着重要作用。在桃中，外源GA?施用增强了SOD和CAT活性，减少了过氧化氢（H?O?）和MDA的积累，从而提高了果实的抗逆性（Sun et al., 2024）。同样，在草莓中，GA?提高了CAT和POD活性，从而帮助维持细胞氧化还原稳态并延缓采后衰老（Zandi et al., 2024）。与这些报道一致，本研究发现，与对照处理相比，GA?和CPPU处理增加了芒果果实贮藏期间CAT、SOD和POD的活性。这些升高的酶活性与GA?和CPPU处理下增强的抗氧化防御和减少的氧化损伤一致，可能有助于改善采后贮藏的耐贮性。在'石峡'龙眼中，喷施50 mg/L GA?通过下调PPO的表达和活性，有效改善了果实耐贮性，抑制了果皮酶促褐变（Luo et al., 2025）。同样，在本研究中，GA?和CPPU处理降低了PPO活性，这与延缓衰老和减少与褐变相关的劣变一致。ABA是果实成熟与衰老的关键调节因子，而乙烯是推动跃变型果实成熟的主要激素。ABA和乙烯常协同作用加速成熟，并参与非生物胁迫和生物胁迫响应，如干旱和病原菌侵染（Forlani et al., 2019; Wu et al., 2023）。在蟠桃中，ABA水平的升高先于乙烯的产生，表明ABA可能启动乙烯生物合成的上调（García-Pastor et al., 2021）。在核心ABA信号模型中，PYR/PYL/RCAR蛋白作为ABA受体发挥作用，而PP2Cs通过PYR/PYL–PP2C–SnRK2模块作为ABA信号的负调节因子（Umezawa et al., 2010）。同样，在本研究中，ABA峰值比乙烯峰值提前两天出现，且GA?和CPPU处理相对于对照延迟了ABA和乙烯积累的峰值。这种时间模式与ABA相关和乙烯相关的成熟反应之间可能存在相互作用的推测一致。然而，仅时间先后顺序不能证明ABA直接作用于乙烯的上游，且MEturquoise模块特征基因与ABA含量无显著相关性。因此，本研究结果表明，GA?和CPPU处理改变了成熟期间ABA相关和乙烯相关激素反应的时序，但这些通路之间的因果关系仍需进一步验证。转录组结果为芒果果肉对GA?和CPPU处理的分子响应提供了进一步的见解。差异表达基因（DEG）分析显示，差异表达基因的数量和身份因贮藏阶段而异，表明转录响应具有高度的阶段依赖性。KEGG富集分析表明，差异表达基因富集在与MAPK信号传导、谷胱甘肽代谢、苯丙烷类生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导、过氧化物酶体、氨基糖和核苷酸糖代谢以及半乳糖代谢相关的路径中。与这些发现一致，此前一项转录组研究表明，CPPU处理诱导了广泛的差异基因表达，所产生的差异表达基因富集在植物激素信号转导、MAPK信号传导、淀粉和蔗糖代谢以及苯丙烷类生物合成途径中（Wu et al., 2020）。这些富集途径与胁迫信号转导、活性氧代谢、碳水化合物转化和细胞壁多糖重塑密切相关。这种模式支持了生理结果，即处理后的果实表现出延缓的膜损伤、增强的抗氧化能力和维持的硬度。重要的是，WGCNA鉴定出MEturquoise模块包含多个与ABA信号和代谢、氧化应激响应、细胞壁重塑以及转录调控相关的候选基因。与贮藏期间观察到的生理变化一致，MEturquoise模块特征基因与果实硬度呈强负相关，与MDA和乙烯含量呈正相关，而与ABA含量的相关性无统计学显著性。以转录因子为中心的共同表达网络进一步显示，MYB和ERF转录因子与ABA相关基因、氧化应激相关基因和PG基因共同表达。ERF位于乙烯信号通路的下游，在跃变型和非跃变型果实中均参与果实成熟、软化、乙烯生物合成和防御反应（Gao et al., 2020）。在本研究中，贮藏期间处理果实的MiERF016和MiERF109表达水平低于对照，表明GA?和CPPU处理可能减弱了乙烯响应的转录调控。MiMYB73在处理果实中也表现出表达降低，表明MYB介导的转录调控可能参与贮藏相关响应。然而，共同表达网络代表的是相关性而非直接调控相互作用；因此，未来研究应通过启动子结合试验、瞬时表达或遗传操作来确认这些转录因子的调控作用。总体而言，生理和转录组结果支持一个模型，即在采前GA?和CPPU处理下芒果耐贮性的改善与激素平衡、抗氧化防御、细胞壁重塑和转录响应的协调变化有关（图11）。该处理维持了较高的内源GA?和IAA水平，延迟了ABA和乙烯积累峰值的出现，增强了抗氧化防御，减少了氧化损伤，并抑制了某些细胞壁降解相关基因的表达。MEturquoise模块中的候选基因，包括MiCAT1、MiCSD、MiPER73、MiPGs、MiPYL4、MiPP2C37、MiMYB73、MiERF016和MiERF109，可能参与这些过程。这些发现为理解GA?和CPPU处理下芒果成熟和衰老延迟相关的转录响应提供了分子框架。然而，应承认一些局限性。特别地，尽管MEturquoise模块与果实硬度高度相关，且该模块包含MiPGs等选定的细胞壁相关基因，但本研究并未直接测定相应细胞壁修饰酶的活性，也未分析主要细胞壁成分的定量变化。因此，这些候选基因的转录变化与生化细胞壁重塑之间的关系仍有待实验验证。未来的研究需要整合酶活性测定、细胞壁组成分析和关键候选基因的功能验证，以阐明它们在芒果果实软化和耐贮性中的具体作用。下载：下载高分辨率图像（181KB）下载：下载全尺寸图像

图11. 采前GA?和CPPU处理下与芒果果实成熟和衰老延迟相关的候选通路和基因的模型示意图。

5. 结论

本研究证明，采前GA?和CPPU处理显著改善了芒果果实发育和采后耐贮性。该处理增加了果实大小和单果重，维持了较高硬度，降低了病害指数，并延缓了贮藏期间膜脂过氧化。GA?和CPPU处理还维持了较高的CAT、SOD和POD活性以及较低的PPO活性，这与增强的抗氧化防御和减少的与褐变相关的劣变一致。内源激素分析表明，该处理延迟了GA?和IAA水平的下降，延迟了ABA和乙烯积累峰值的出现，表明成熟相关激素信号的激活被延缓。转录组分析揭示了GA?和CPPU处理的阶段依赖性转录响应。KEGG富集分析、候选基因筛选、WGCNA、共同表达分析和qRT-PCR验证表明，与ABA信号和代谢、氧化应激响应、细胞壁重塑以及MYB和ERF相关转录响应相关的基因与芒果贮藏响应有关。MiCAT1、MiCSD、MiPER73、MiPGs、MiPYL4、MiPP2C37、MiMYB73、MiERF016和MiERF109被鉴定为与这些响应相关的候选基因。这些发现表明，GA?和CPPU处理下耐贮性的改善与抗氧化防御、ABA和乙烯相关激素响应以及细胞壁重塑的协调变化有关。

基金

本研究得到中央引导地方科技发展专项资金项目（桂科ZY23055026）、广西科技基地和人才专项（桂科AD25069107）、CARSGIT—广西芒果产业项目（nycytxgxcxtd-2021-06-02）以及科技先锋"强农富农"六项专项行动（202504）的支持。

作者贡献声明（CRediT）

Bi-xia Wang：验证、调查研究。
Tang-xin Jiang：撰写——初稿、调查研究、正式分析、数据整理。
Xin-hua He：监督、项目管理、获取资金。
Cong Luo：监督、项目管理、获取资金。
Jing-tang Zhang：验证、调查研究。
Zhi-xi He：验证、调查研究。

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