整合生理学及转录组学分析揭示低温贮藏柿子果实的冷害机制

《Postharvest Biology and Technology》：Integrative physiological and transcriptomic analysis reveals chilling injury mechanisms in cold-stored persimmon fruit

**摘要亮点**- 多时间点的转录组分析揭示了柿子果实冷害（CI）的分子机制。- WGCNA（加权基因共表达网络分析）鉴定出一个与冷害及氧化损伤指标高度相关的基因模块。- 冷害是由保护性应答与损伤性应答之间的失衡所引起的。## 引言鲜食水果极易在采后发生衰老与品质劣变，造成巨大的经济损失。低温贮藏是目前最广泛使用的采后延长保鲜策略之一，其作用机制在于抑制呼吸作用并延缓衰老。然而，在许多热带及亚热带水果中，尽管贮藏温度高于冰点，但低于某一临界温度阈值仍会引发冷害（CI）——一种导致采后品质下降的生理障碍（Wang et al., 2026c, Zhang et al., 2021）。柿（*Diospyros kaki*）是一种具有重要商业价值的跃变型果实，由于对乙烯高度敏感，采后极易快速软化。虽然低温贮藏能有效延缓果实软化，但柿对冷害极为敏感，暴露在不适宜的低温度下常常出现冷害症状，包括果肉褐变、凝胶化和水渍状损伤（Li et al., 2018）。因此，冷害是制约柿果实采后贮藏与长途运输的一大瓶颈。冷害的内在机制通常由两个相互密切相关的假说加以解释：膜功能障碍以及活性氧（ROS）引起的氧化胁迫（Zhang et al., 2021）。根据膜相变假说，低温会促使膜脂从流动性较强的液晶态转变为刚性的凝胶态，从而降低膜的流动性、增加膜通透性并促进电解质外渗（Liang et al., 2020）。这种膜完整性的丧失随后会破坏细胞稳态和能量代谢（Aghdam et al., 2018, Wang et al., 2026c）。与此同时，冷胁迫会促使包括H?O?和O?·?在内的ROS过度积累，进而对细胞脂质、蛋白质和核酸造成氧化损伤。反映脂质过氧化程度的丙二醛（MDA）积累增加，进一步加剧膜劣化与细胞功能障碍（Wang et al., 2026c）。为减轻氧化损伤，植物依赖一套整合性的抗氧化防御体系，其中包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽过氧化物酶等酶类抗氧化剂，以及谷胱甘肽、抗坏血酸、类黄酮和类胡萝卜素等非酶类抗氧化物质，它们共同维持细胞内的氧化还原稳态（Ying et al., 2025）。除上述抗氧化防御外，脱落酸（ABA）、乙烯、茉莉酸和油菜素内酯等植物激素在冷胁迫信号传导及冷害调控中发挥着关键作用（Feng et al., 2025）。这些信号通路通过关键转录因子协调下游的转录重编程，调控应激响应基因的表达。因此，研究转录调控网络有助于进一步揭示冷害的分子基础。已有大量研究致力于阐明柿果实冷害的内在机制。生理学研究已证实，褪黑素、精氨酸、硫化氢和γ-氨基丁酸等处理可通过减轻氧化胁迫、维持抗氧化能力来缓解冷害（Nasr et al., 2022, Niazi et al., 2021; Ul Hasan et al., 2025）。近年来，转录组学方法为解析柿果实冷害的分子基础提供了新的见解。例如，甜菜碱处理通过调控与糖代谢、谷胱甘肽代谢及苯丙烷类生物合成相关的路径而缓解冷害（He et al., 2025a）。同样，24-表油菜素内酯处理通过调节抗氧化系统与应激响应基因而增强了抗冷能力（He et al., 2025b）。然而，这些转录组学研究大多针对接受外源处理的果实，而较少设置非冷害对照以区分低温特异性转录响应与正常采后变化。此外，在柿中开展跨多个贮藏阶段的系统性转录组分析并结合WGCNA鉴定冷害相关基因模块的研究仍然有限，因此冷害进展过程中的转录动态尚未得到充分理解。在本研究中，我们对贮藏于15 °C（非冷害对照）和1 °C（冷害处理）的柿果实进行了RNA测序和WGCNA分析，采样时间涵盖多个贮藏间隔，同时检测与冷害相关的生理性状。通过整合生理数据与转录组数据，我们鉴定出参与冷害进展的关键基因模块与调控网络，从而更深入地揭示了柿果实冷害的分子基础。## 章节节选### 植物材料与贮藏处理成熟柿子（*Diospyros kaki*，品种"尤后"）果实于2024年10月采收自中国河南省辉县的一处商业果园，采收后立即运至实验室。剔除存在机械损伤、明显缺陷或成熟不均的果实，将剩余果实分别置于1 °C和15 °C两个贮藏温度下处理。其中15 °C处理作为非冷害对照，因为前期试验表明，该温度下果实能够维持……### 冷害症状与生理变化如图1A所示，15 °C贮藏的柿果实在整个贮藏期内未表现出冷害症状。相比之下，1 °C贮藏的果实在30 d后出现果肉褐变和凝胶化，且此后症状严重程度逐渐加重。与这一观察结果一致，15 °C贮藏下冷害指数始终为零，而1 °C贮藏下则由30 d的0.05上升至60 d的0.34（图1B）。果实在15 °C贮藏期间硬度迅速下降，而……### 讨论低温贮藏在有效延缓果实软化的同时也诱发了柿果实的冷害（图1A–C）。在冷敏感果实中，冷害通常与膜损伤、脂质过氧化及氧化胁迫相关，而这些变化一般早于肉眼可见症状的出现（Liang et al., 2020, Zhao et al., 2020）。与此一致，1 °C贮藏的柿果实在贮藏早期即表现出MDA、H?O?和O?·?的显著增加，远早于……### 结论我们的转录组与WGCNA分析表明，低温贮藏广泛地重编程了柿果实中的基因表达。最显著的变化出现在一个共表达模块中，该模块富集于与植物激素信号传导、谷胱甘肽代谢以及淀粉和蔗糖代谢相关的路径，同时涉及细胞壁修饰、激酶信号传导和泛素化相关基因（图8）。研究结果表明，冷害是由保护性应答与损伤性应答之间的失衡所引起的……### CRediT作者贡献声明**Yiheng He（何怡宏）**：写作—审阅与编辑、写作—原稿、指导、经费获取、概念构思。**Wenlong Xu（徐文龙）**：验证、调查、数据整理。**Zhicheng Zhang（张志诚）**：验证、方法学。**Peng Zhang（张鹏）**：概念构思。**Fan Yang（杨帆）**：写作—审阅与编辑、经费获取、概念构思。### 资金支持本研究由**国家自然科学基金**（32402200）、**河南省自然科学基金**（242300421564）以及**河南省高校重点科研项目**（27AQ210004）资助。## 利益冲突声明作者声明不存在已知的、可能对本文所报告工作产生影响的财务利益冲突或个人关系。作者：Yiheng He｜Wenlong Xu｜Zhicheng Zhang｜Peng Zhang｜Fan Yang