基于多组学剖析澳洲坚果（*Macadamia integrifolia*）发育阶段营养组成与生物合成机制

《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Elucidating nutrient composition and biosynthesis in Macadamia integrifolia through multi-omics profiling across developmental stages

　　

澳洲坚果（*Macadamia integrifolia*）果仁发育过程可划分为三个功能性阶段：早期扩张、油脂合成以及应激响应成熟。在果仁发育过程中，氨基酸代谢由生物合成支持转向胁迫保护。柠檬酸（citrate）和异柠檬酸（isocitrate）在油脂合成阶段积累，为脂肪酸代谢提供乙酰辅酶A（acetyl-CoA）和能量。研究人员提出了一个“三羧酸循环-乙醛酸循环偶联”（TCA cycle-glyoxylate cycle coupling）模型，用以解释澳洲坚果高油积累的机制。

澳洲坚果（*Macadamia integrifolia*）原产澳大利亚，属山龙眼科（Proteaceae），在中国种植面积约占全球60%，主要分布于云南、广西、广东、贵州等地。其果仁富含油脂（含量达72%~78%，其中不饱和脂肪酸约占总油84%）、蛋白质（约9%）及矿物质，具有重要经济和营养价值。然而，以往研究多集中于抗逆与品种选育，对果仁发育过程中脂质和氨基酸合成积累的分子机制缺乏深入理解。为填补这一空白，研究人员以‘Nanya 116’品种为材料，在花后60、95、125、155、190天（T1~T5）五个发育阶段采集果仁，开展转录组与代谢组联合分析，系统解析营养组成动态、生物合成途径及其调控网络，为功能性食品开发和培育高油品种提供理论基础，并为脂质与氨基酸生物合成提供新见解。

研究人员采用多组学整合策略：样本采自中国贵州省兴义市果园（东经104°59′36″，北纬24°52′46″，海拔约780 m），三株九年生‘Nanya 116’树，每时期设三个生物学重复，每重复含60个果实。代谢组学采用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）非靶向检测；转录组测序基于Illumina平台（150 bp双端），经fastp质控后用DESeq2鉴定差异表达基因（DEGs），clusterProfiler进行GO/KEGG富集分析；RT-qPCR验证关键基因表达；多组学联合分析通过主成分分析（PCA）、韦恩图和通路富集完成。

果仁形态特征分析显示，T1至T5果仁体积持续增大，内果皮逐渐木质化，坚果重量与直径显著增加，T5较T1增重82%，直径增加8.89 mm。主要营养成分分析表明，粗脂肪含量随成熟度升高，T5较T1增加约10%；粗蛋白和总氨基酸含量峰值均出现在T5（分别为14 g/100 g和28.81 mg/g），较T1提高30%和127%；可溶性糖含量则下降38%，至T5为36.63 mg/g。转录组分析共鉴定出30,676个已知基因和1,483个新基因，PCA与相关性热图显示各阶段样本聚类清晰、重复性好，RT-qPCR验证了转录组数据可靠性。差异表达基因共12,584个，且数量随发育进程递增；GO与KEGG富集分析显示这些基因富集于植物激素信号转导、淀粉与蔗糖代谢、氨基酸生物合成等通路。差异转录因子分析鉴定出699个差异表达转录因子，其中102个在所有比较组中差异显著，主要属于ERF、bHLH、MYB、NAC、WRKY等家族。代谢组学共检测到2,330个代谢物，其中75个具有明确生物学功能，分为肽、脂质、碳水化合物、类固醇、有机酸、核酸、维生素和辅因子七类。差异代谢物分析共获得797个，数量随成熟进程增加，共同富集通路包括苯丙烷生物合成、氨基酸生物合成与2-氧代羧酸代谢。多组学联合分析发现13条通路在转录组和代谢组中均显著富集，多与氨基酸代谢、碳代谢和α-亚麻酸代谢相关。

植物激素通路共分析显示，生长素和细胞分裂素信号在早期（T1~T2）高表达，协同促进细胞分裂与组织扩张；脱落酸（ABA）信号在油脂积累及成熟启动期（T2~T4）增强，驱动脂质储存和成熟；茉莉酸（JA）相关基因在T1、T2及T5高表达，参与脂质代谢、风味物质形成及胁迫响应。氨基酸代谢共分析表明，T1期丝氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸等含量升高，对应合成基因（如serA、serC、GOT1等）表达上调，为蛋白质和脂质合成提供原料；至T5期，脯氨酸和精氨酸含量显著增加，精氨酸前体鸟氨酸及合成基因argE上调，体现渗透调节和抗逆功能。碳代谢整合分析显示，T5期柠檬酸和异柠檬酸含量分别为T1的5.03倍