石硬桃‘黄翠’在乙烯介导的采后品质变化中的代谢与基因调控分析

《Scientia Horticulturae》：Analysis of metabolism and gene regulation in ethylene-mediated postharvest quality changes of stony hard peach ‘Huang Cui’

乙烯处理显著改善非 climacteric 黄脆桃果实硬度和香味，但糖分和酸度变化不显著。转录组学分析发现4个与细胞壁代谢相关的关键基因（PpExp2、PpPG1、PpPG2、PpPG3）和5个与挥发性成分合成相关的关键基因（PpLOX、PpDAD1、PpE2.1.1.141、PpOPLC1、PpADH1），揭示乙烯通过调控脂质代谢和细胞壁降解基因改善果实品质的分子机制。

　　本研究围绕一种非呼吸跃变型的硬肉桃品种“黄脆”（HC）展开，旨在探讨外源乙烯处理对果实品质的影响及其潜在分子机制。作为一种以甜度高、果肉紧实、运输过程中不易腐烂的桃果，HC品种虽然在储存和运输方面表现出色，但由于其风味较淡，市场接受度受到一定限制。乙烯作为一种植物激素，广泛参与果实成熟、衰老和品质调控的生理过程，尤其在呼吸跃变型果实中发挥着重要作用。然而，对于非呼吸跃变型果实，尤其是HC品种，乙烯对品质的影响机制尚未明确。因此，本研究通过系统分析乙烯处理前后果实的感官品质变化，结合转录组数据挖掘潜在的关键基因，为调控和提升HC桃的品质提供了理论依据和实践指导。

### 乙烯处理对果实品质的影响

在实验中，研究者选取了成熟度适中的HC桃果，将其分为两组：一组为外源乙烯处理组（ETH），另一组为对照组（CK）。ETH组在储存过程中持续释放乙烯气体，而CK组则采用空气作为对照。研究发现，乙烯处理显著改善了果实的质地和香气，但对可溶性固形物、可溶性糖和有机酸的含量影响不大。这表明，乙烯主要通过调节细胞壁代谢和香气物质合成，提升果实的口感和风味。

从质地变化来看，乙烯处理使果实逐渐变软，这种软化过程与细胞壁的降解密切相关。细胞壁的主要成分包括果胶、纤维素和半纤维素，其降解受到多种酶的调控，如多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲酯酶（PME）和β-半乳糖苷酶（β-GAL）。这些酶的活性变化直接决定了果实的软化程度。在本研究中，通过转录组分析，发现乙烯处理显著上调了多个与细胞壁代谢相关的基因，如PpPG1、PpPG2和PpPG3，表明这些基因可能是调控果实软化的关键因子。

从香气变化来看，乙烯处理促进了香气物质的积累，尤其是乳香类挥发性化合物（如γ-己内酯、γ-辛内酯、γ-癸内酯和δ-癸内酯）的含量显著上升。这些香气物质是桃果风味的重要组成部分，其合成主要依赖于脂肪酸代谢途径。研究中还发现，乙烯处理对脂肪酸代谢相关基因如PpLOX、PpDAD1、PpE2.1.1.141、PpOPLC1和PpADH1的表达具有显著影响，这进一步表明乙烯在调控香气合成中的重要作用。

### 乙烯处理对果实内部代谢的影响

本研究还分析了乙烯处理对果实内部代谢物质的影响，包括可溶性固形物、可溶性糖和有机酸的含量变化。可溶性固形物是衡量果实成熟度的重要指标，其含量在乙烯处理组和对照组之间未表现出显著差异。这表明乙烯处理并未显著影响果实的糖分积累。然而，乙烯处理对有机酸的含量具有一定的调节作用，特别是在储存后期，有机酸含量显著下降，从而降低了果实的酸度，使其口感更加柔和。

此外，研究者通过HPLC分析了可溶性糖的组成变化，发现乙烯处理对果肉中的葡萄糖、果糖和山梨醇含量影响较小，而对蔗糖的含量在第4天时表现出一定的上升趋势。这可能与蔗糖的代谢途径和储存条件有关，但整体而言，乙烯处理对糖分的调控作用有限。因此，从整体来看，乙烯处理对果实的糖酸比影响不显著，但有助于提升香气物质的合成，从而改善果实的风味。

### 转录组分析揭示乙烯调控果实品质的分子机制

为了深入理解乙烯处理对果实品质的调控机制，研究者采用高通量RNA测序技术，结合转录组数据与感官品质指标，识别出与质地和香气变化相关的潜在关键基因。结果显示，在乙烯处理的各个阶段，共有2068个差异表达基因（DEGs）被筛选出来，其中一些基因显著富集在α-亚麻酸代谢和亚油酸代谢等通路中。这些通路与果实香气物质的合成密切相关，说明乙烯可能通过调控脂肪酸代谢途径，间接影响香气物质的生成。

在质地相关基因的筛选中，研究者发现有4个基因（PpExp2、PpPG1、PpPG2和PpPG3）与果实软化过程高度相关。其中，PpExp2的表达在乙烯处理后显著下降，而其他三个基因的表达则呈现上升趋势。这些基因可能通过调控细胞壁的降解，促进果实软化，从而改善口感。在香气相关基因的筛选中，研究者共鉴定出14个关键基因，包括多个与脂肪酸代谢和芳香物质合成相关的基因。这些基因的表达变化与香气物质的积累趋势一致，进一步支持了乙烯在调控香气合成中的作用。

### 实时定量PCR验证基因表达模式

为了验证转录组分析的准确性，研究者还进行了实时定量PCR（RT-qPCR）实验，对筛选出的4个质地相关基因和14个香气相关基因进行了表达水平的检测。结果显示，这些基因在乙烯处理后的表达模式与转录组分析结果高度一致，表明RNA测序数据能够准确反映果实基因的表达变化。此外，研究者还发现，乙烯处理对某些基因如NCED（一种ABA合成的关键酶）的表达具有显著影响，而ABA与果实成熟和风味形成密切相关，这提示乙烯可能通过调节ABA代谢，间接影响果实的品质。

### 乙烯调控果实品质的潜在机制

乙烯处理对果实品质的调控机制主要体现在两个方面：一是通过影响细胞壁代谢相关基因的表达，促进果实软化；二是通过调控脂肪酸代谢途径，增加香气物质的合成。在细胞壁代谢方面，乙烯处理显著上调了PG类基因的表达，这可能与果实软化过程中细胞壁结构的分解有关。在脂肪酸代谢方面，乙烯处理促进了LOX和ADH等关键酶的表达，这些酶在脂肪酸代谢过程中起着重要作用，能够将不饱和脂肪酸转化为脂肪酸过氧化物，再通过ADH的作用转化为相应的醇类物质，从而为香气物质的合成提供原料。

此外，研究还发现，乙烯处理对果实香气与质地之间的相互作用具有重要意义。香气物质的积累与果实软化过程存在显著的正相关性，这可能是因为乙烯通过调控细胞壁降解和香气合成的共同基因，实现了对果实质地和香气的同步改善。然而，香气物质与糖酸含量之间的相关性较弱，这表明乙烯对香气的调控可能与糖酸代谢无关，而是通过其他代谢途径实现的。

### 乙烯在果实品质调控中的应用前景

本研究的结果表明，乙烯处理可以有效改善非呼吸跃变型硬肉桃的质地和香气，从而提升其市场价值。然而，在实际应用中，乙烯处理的效果受到多种因素的影响，包括处理浓度、处理时间、储存温度等。因此，为了实现乙烯处理的最佳效果，需要对这些参数进行精确控制。例如，较高浓度的乙烯可能导致果实过快软化，而过低浓度则可能无法显著改善香气。此外，乙烯处理应在果实成熟度适宜、储存时间适中的条件下进行，以确保果实品质的稳定性。

在优化处理方案时，研究者建议采用分阶段处理策略，并结合实时监测和反馈机制，根据果实的具体品种和市场需求进行个性化调整。这不仅可以提高乙烯处理的效率，还能降低对果实品质的负面影响。未来的研究可以进一步探索不同浓度和处理时间对果实品质的影响，以及如何通过调控相关基因的表达，实现对果实软化和香气合成的精准控制。

### 结论

本研究揭示了外源乙烯处理对硬肉桃“黄脆”（HC）果实品质的调控机制，发现乙烯主要通过影响细胞壁代谢和脂肪酸代谢途径，改善果实的质地和香气。研究还筛选出多个与果实软化和香气合成相关的潜在关键基因，为今后通过基因调控提升果实品质提供了理论基础。此外，研究还强调了乙烯处理在实际应用中的优化策略，指出应根据果实的成熟度、储存条件和市场需求，合理选择处理参数，以实现最佳的品质调控效果。这些发现不仅有助于理解乙烯在果实成熟和品质形成中的作用，也为果实的保鲜和风味改良提供了新的思路和方法。