富含未酰化的二葡糖苷：对阿穆尔葡萄（Vitis amurensis）及其与葡萄（V. vinifera）杂交品种中花青素化学类型的代谢组学与转录组学分析
《Food Research International》：Richer in diglucosides without acylation: a metabolite–transcriptome dissection of the anthocyanin chemotype in
Vitis amurensis and its hybrids with
V. vinifera
编辑推荐：
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在V. amurensis及其杂交种中分析了花青素和黄酮醇的组成。
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V. amurensis积累的花青素水平高于其种间杂交种。
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V. amurensis富含二糖苷花青素，但缺乏酰基化花青素。
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鉴定出了共有的和特定于品种的花青素生物
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在V. amurensis及其杂交种中分析了花青素和黄酮醇的组成。
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V. amurensis积累的花青素水平高于其种间杂交种。
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V. amurensis富含二糖苷花青素，但缺乏酰基化花青素。
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鉴定出了共有的和特定于品种的花青素生物合成调控因子。
引言
黄酮类化合物是葡萄中的重要次生代谢物，在决定葡萄和葡萄酒的质量方面起着关键作用。花青素是一类重要的黄酮类物质，广泛分布于植物中，负责人体组织和葡萄酒的红色、紫色和蓝色（Yan等人，2021年）。在葡萄中，花青素主要积聚在果皮中，负责红葡萄果实和葡萄酒的着色。此外，花青素还具有多种生物功能，包括抵御阳光照射和紫外线辐射、清除自由基、防御病原体以及吸引捕食者以促进种子传播（He等人，2010年）。葡萄中的花青素主要来源于六种花青素苷元：天竺葵素（Pelargonidin，Pg）、 Cyanidin（Cy）、矢车菊素（Delphinidin，Dp）、芍药素（Pn）、矮牵牛素（Petunidin，Pt）和锦葵素（Malvidin，Mv）。根据B环的羟基化模式，它们主要分为3’-羟基化和3’,5’-羟基化两种形式。随后的修饰，如糖基化、甲基化和酰基化，生成了多种颜色和稳定性各异的花青素（Flamini等人，2013年）。除了花青素之外，黄酮醇也是葡萄果皮中的另一类重要黄酮类物质，在保护组织免受强光和紫外线辐射方面起着重要作用。此外，黄酮醇可以作为花青素的共色素，共同影响果实和葡萄酒的颜色强度和稳定性（Hilbert等人，2015年）。
花青素和黄酮醇通过苯丙素途径和黄酮途径合成。花青素的生物合成途径涉及一系列结构基因，包括上游基因如苯丙氨酸氨裂解酶（Phenylalanine ammonia-lyase，PAL）、查尔酮合酶（Chalcone synthase，CHS）和查尔酮异构酶（Chalcone isomerase，CHI），以及调控黄酮类化合物生物合成的下游基因（Boss等人，1996年）。不同类型花青素的合成取决于黄酮3’-羟化酶（Flavonoid 3’-hydroxylase，F3’H）和黄酮3’5’-羟化酶（Flavonoid 3’5’-hydroxylase，F3’5’H）的表达，这些酶决定了B环的羟基化模式（Castellarin等人，2006年）。此外，花青素的修饰还依赖于UDP-葡萄糖：黄酮3-O-葡萄糖转移酶（UDP-glucose: Flavonoid 3-O-glucosyltransferase，UFGT）、花青素苷3-O-葡萄糖苷5-O-葡萄糖转移酶（Flavonoid 3-O-glucoside 5-O-glucosyltransferase，5GT）的糖基化、花青素O-甲基转移酶（Flavonoid O-methyltransferase，OMT）的甲基化以及花青素3-O-葡萄糖苷6”-O-酰基转移酶（Flavonoid 3-O-glucoside 6”-O-acyltransferase，3AT）的酰基化（Do等人，1995年；Hall等人，2012年；He等人，2015年；Hugueney等人，2009年；Rinaldo等人，2015年）。花青素的生物合成主要受MYB、bHLH和WD40转录因子的调控，这些因子形成MBW（MYB-bHLH-WD40）复合体，协同调节参与花青素生物合成的关键结构基因的表达，从而控制花青素的积累（Yan等人，2021年）。先前的研究还表明，其他转录因子，包括WRKY、bZIP和NAC，也参与响应发育和环境信号的花青素积累调控，反映了花青素生物合成调控网络的复杂性（Loyola等人，2016年；Sun等人，2024年）。
Vitis amurensis Rupr.是一种属于东亚Vitis种群的野生葡萄藤品种，自然分布于中国东北部、俄罗斯和韩国。与其他葡萄品种相比，V. amurensis具有极强的耐寒性，能在极低的温度下生存（Liu & Li，2013年）。此外，V. amurensis对葡萄白腐病和炭疽病具有抗性，使其成为砧木和育种的宝贵资源（Gutiérrez-Gamboa等人，2020年）。与V. vinifera相比，V. amurensis的果实含糖量较低，酸度较高，主要用于生产干型葡萄酒或冰酒（Liu & Li，2013年）。V. amurensis还富含次生代谢物，尤其是花青素，使其葡萄酒具有更深的颜色。此外，V. amurensis含有单糖苷和二糖苷花青素，其中二糖苷占主导地位，而V. vinifera仅含有单糖苷花青素（Zhao等人，2010年）。
尽管V. amurensis发展迅速且具有巨大的进一步扩展潜力，但其黄酮类化合物的积累模式和组成对于理解其生物合成调控及其对果实品质的贡献仍然知之甚少。大多数关于花青素积累和转录调控的研究集中在V. vinifera上，而对V. amurensis的研究相对有限。此外，V. amurensis与其与V. vinifera的种间杂交种在花青素组成和转录调控机制上的相似性和差异尚未完全阐明。在本研究中，调查了V. amurensis及其种间杂交种在不同发育阶段的花青素和共色素黄酮醇的积累和组成。通过对V. amurensis‘Shuangfeng’和种间杂交种‘Beibinghong’的转录组分析，探索了与花青素生物合成相关的基因表达模式和调控网络。此外，还鉴定出了两种品种之间的差异表达基因，以阐明V. amurensis与其种间杂交种之间花青素积累差异的调控机制。本研究系统分析了多种V. amurensis及其种间杂交种的花青素组成，阐明了品种间的差异，并提供了对调控机制的新见解。
章节片段
实验果园和植物材料
该研究于2022年在中国吉林省左家（125°25’E, 43°46’N，海拔277米）的一个实验果园中进行。果园位于朝南的斜坡上，坡度约为15°，土壤类型为粉壤土。研究使用了五个V. amurensis品种（‘Beiguohong’（BGH）、‘Beiguolan’（BGL）、‘Shuangfeng’（SF）、‘Shuanghong’（SH）和‘Shuangyou’（SY））以及三个V. amurensis和V. vinifera的种间杂交种（‘Beibinghong’（BBH）、‘Xuelanhong’（XLH））
葡萄果实的理化参数
不同发育阶段的葡萄果实的理化参数如图1所示。在不同品种和发育阶段之间，100颗果实的重量存在显著差异。在各个品种中，ZYH的果实重量相对较高，而BGH的果实重量较低。总可溶性固形物（Total Soluble Solids，TSS）在整个葡萄发育过程中逐渐增加。收获时，V. amurensis葡萄的TSS值低于20°Brix
V. amurensis葡萄的特点是TSS低、TA高和总花青素含量高
收获时，V. amurensis葡萄的TSS较低，但TA较高，这与先前的研究结果一致（Li等人，2024年）。与V. vinifera和其他Vitis物种相比，V. amurensis还以其较低的糖分积累和较高的酸度为特征（Wen等人，2014年；Zhu等人，2021年）。糖分和酸度之间的平衡对葡萄酒的风格和感官品质起着关键作用（Chidi等人，2018年）。Song等人（2022年）报道了共酿酒法的效果
结论
本研究在V. amurensis及其与V. vinifera的八个杂交种的不同发育阶段分析了花青素和黄酮醇的组成，并对V. amurensis品种SF和种间杂交种BBH进行了转录组分析。结果表明，V. amurensis的可溶性固形物较低，可滴定酸度较高，在收获时积累了比种间杂交种更多的花青素。
CRediT作者贡献声明
Ming-Yu Li：起草初稿、数据可视化、研究、正式分析、数据整理。Ning Shi：研究。Yi-Ming Yang：资源提供。Wen-Peng Lu：监督。Feng-Hua Guo：监督。Keji Yu：监督。Yi-Bin Lan：研究。Fei He：监督。Hai-Bo Wang：监督。Chang-Qing Duan：监督。Jun Wang：起草、审稿与编辑、项目管理、资金申请、概念构思。
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文的报告内容。
作者感谢中国农业科学院特种动植物科学研究所提供的野外实验和技术支持。感谢Hao-Cheng Lu和Meng-Bo Tian在实验和手稿撰写方面的帮助。
Ming-Yu Li|Ning Shi|Yi-Ming Yang|Wen-Peng Lu|Feng-Hua Guo|Keji Yu|Yi-Bin Lan|Fei He|Hai-Bo Wang|Chang-Qing Duan|Jun Wang
