探秘血橙新品种 “欧雅”：解锁花青素合成抑制与优质风味背后的分子密码

为解决血橙花青素合成机制及新品种特性问题，研究人员开展塔罗科血橙及其芽变品种研究。结果发现 MT 是新血橙品种，明确其特性及花青素合成相关机制。该研究对柑橘研究及新品种推广意义重大，推荐科研读者阅读。

　　

血橙新品种的奥秘：探寻花青素合成抑制的分子机制

在水果的世界里，花青素可是个 “明星分子”。它不仅决定着水果的颜值，让水果呈现出五彩斑斓的颜色，还对水果的营养价值有着深远影响。就像大家熟悉的蓝莓、草莓，那诱人的色泽和丰富的营养，都离不开花青素的功劳。在柑橘家族中，血橙是个特殊的存在，它是唯一大规模种植且富含花青素的柑橘类水果。而 “塔罗科（Tarocco）” 血橙，更是在中国广泛种植，深受大家喜爱。

不过，在水果研究的领域里，关于花青素合成的机制，还有许多谜题等待解开。比如说，同样是塔罗科血橙，不同的克隆品种之间，花青素的含量和果实颜色却有很大差异，有的果肉只有少量红色小泡，有的则呈现出深邃的红紫色。这背后的原因究竟是什么呢？此外，虽然知道花青素的合成受到多种因素影响，像结构基因、转录因子（TFs）、外部环境以及表观遗传修饰（如 DNA 甲基化）等，但它们具体是如何相互作用的，还不清楚。这就好比一个复杂的机器，虽然知道各个零件都很重要，但它们是怎么协同工作的，还需要进一步探索。

为了揭开这些谜题，来自温州的研究人员在《BMC Plant Biology》期刊上发表了一篇名为 “Comparative transcriptome and metabolite analysis provides insights into the molecular mechanism of anthocyanin synthesis inhibition in a new blood orange variety” 的论文。通过深入研究，他们发现了一个塔罗科血橙的芽变品种 “欧雅（Ouya，MT）”，并得出了一系列重要结论。这不仅让我们对血橙花青素合成的分子机制有了更深入的了解，也为血橙新品种的推广提供了有力支持。

研究人员在这次研究中，用到了好几种厉害的技术方法。他们先是收集不同发育阶段的果实，对果实的外观、大小、重量等进行仔细测量，还分析了果实中各种物质的含量，像花青素、可溶性糖、有机酸、维生素 C 和总类胡萝卜素等。接着，他们运用 RNA 测序技术，研究不同发育阶段果实基因表达的变化，找出差异表达基因（DEGs）。为了进一步了解这些基因之间的关系，他们还使用了加权基因共表达网络分析（WGCNA）技术。最后，他们用 5 - 氮杂胞苷（5 - aza）处理 MT 果实，结合全基因组亚硫酸氢盐测序分析（WGBS），研究 DNA 甲基化对花青素合成的影响 。

下面咱们来看看研究人员都发现了些什么。

1. 理化性质

研究人员像一群细心的侦探，从 2022 年 9 月到 2023 年 1 月，在温州的果园里，对塔罗科血橙（WT）和它的芽变品种欧雅（MT）进行了密切观察。他们发现，在果实发育的前期，也就是 160 到 235 天，WT 果实的果皮颜色比 MT 更橙红，就像涂了一层鲜艳的口红。而在果肉方面，前期两个品种的颜色差不多，但到了 220 天，MT 果肉的颜色就明显比 WT 浅了，就像灯光突然变暗了一样。

研究人员还对果实的其他特征进行了测量。他们发现，MT 果实的赤道直径比 WT 大，所以 MT 果实更重。在果实的营养成分上，MT 果实的总可溶性固形物（TSS）、可溶性糖含量都比 WT 高，而有机酸（尤其是柠檬酸）含量比 WT 低。这使得 MT 果实的糖酸比更高，吃起来更甜。就好比 MT 果实是个 “甜蜜小炸弹”，更符合大家的口味。另外，两个品种的维生素 C 含量没有明显差异，但 WT 果实的总类胡萝卜素含量更高。

2. 总花青素及其组分含量的变化

花青素是血橙颜色的关键，研究人员自然不会放过对它的研究。他们发现，两个品种果实中的花青素在 220 天之前都检测不到，就像藏起来了一样。随着果实逐渐成熟，WT 果实的果皮和果肉中，花青素的含量都比 MT 果实高很多。在果肉中，研究人员还检测到了 38 种花青素和 6 种黄烷酮，其中矢车菊素类花青素含量较高。像矢车菊素 - 3 - O -（6 - O - 丙二酰 - β - D - 葡萄糖苷）和矢车菊素 - 3 - O - 葡萄糖苷，在 WT 果实中的含量明显高于 MT 果实，就像两个 “小冠军”，在 WT 果实中表现得更加出色。

3. WT 和 MT 果实在不同发育阶段的 RNA 测序

为了弄清楚花青素合成差异的基因表达机制，研究人员对果实进行了 RNA 测序。通过分析，他们发现不同样本之间的基因表达有一定规律。而且，随着果实的成熟，WT 和 MT 之间的差异表达基因数量逐渐增加。在这些差异表达基因中，有 5 个转录因子（TFs），像、、、和，在所有评估阶段的表达都有显著差异。这 5 个 TFs 就像 5 个神秘的 “小开关”，可能在调节两个品种果实中黄酮类化合物的差异积累中发挥着重要作用。

4. DEGs 的 KEGG 和 GO 富集分析

研究人员接着对差异表达基因进行了 KEGG 和 GO 富集分析。KEGG 分析发现，在所有比较组中，差异表达基因都在黄酮类生物合成途径中富集，就像一群小蚂蚁都朝着同一个方向聚集。而且，随着果实成熟，相关的上游和下游途径也被富集。GO 分析则表明，在不同的比较组中，差异表达基因还富集在光合作用相关的类别、细胞转运途径以及花青素合成相关的类别中。在三个比较组共有的 64 个差异表达基因中，不仅有与黄酮类生物合成相关的基因，还有 5 个与甲基化相关的基因，这些基因在 WT 中的表达都比 MT 高。

5. 鉴定与花青素和果实品质性状相关的 WGCNA 模块

研究人员利用 WGCNA 技术，把基因按照表达模式分成了不同的模块。他们发现，蔗糖、总可溶性糖与黄色和绿色模块呈显著负相关，而柠檬酸、有机酸与这两个模块呈正相关。棕色模块和红色模块则与不同的有机酸有着不同的相关性。最有趣的是，蓝色模块与花青素合成相关的代谢途径显著正相关，而且这个模块里的差异表达转录因子数量较多，之前发现的 5 个关键 TFs 都在这个模块里。这说明蓝色模块里的某些基因可能是导致 WT 和 MT 花青素差异积累的关键因素。

6. 转录组和黄酮类化合物的联合分析

在调节花青素合成的 MBW 复合物中，研究人员发现只有的表达趋势和总花青素含量相似，而且在 WT 果实中的表达明显高于 MT 果实。在结构基因方面，MT 果实中苯丙烷途径的大多数基因和黄酮类生物合成途径的所有基因表达都比 WT 果实低。这表明在 WT 果实中，通过调节黄酮类生物合成途径基因的表达来提高花青素含量，而在 MT 果实中这个过程似乎被抑制了。就好像在 WT 果实里，是个勤劳的 “小工头”，指挥着花青素的合成；而在 MT 果实里，这个 “小工头” 好像偷懒了。

7. 的功能验证

研究人员克隆了 MT 和 WT 中的编码序列，发现它们和其他血橙品种的序列是一样的。然后，他们把 MT 中的在 MT 果肉中过表达，结果发现它能显著促进果肉中花青素的积累和相关合成基因的表达。这就像是给 MT 果肉里注入了一股 “花青素制造能量”，让它也能像 WT 果实一样积累更多花青素。

8. 5 - 氮杂胞苷处理后基因表达和 DNA 甲基化的变化

研究人员用 5 - 氮杂胞苷（5 - aza）处理 MT 果实，这就像是给 MT 果实做了一场 “特殊实验”。处理后，MT 果实的果肉中花青素显著积累。通过 RNA 测序和 WGBS 分析，他们发现处理后的果实中，与花青素合成相关的结构基因和转录因子表达显著提高，而且某些花青素合成相关基因的启动子和基因体区域出现了低甲基化。这说明 DNA 甲基化可能在 MT 果实花青素积累中起着重要的调节作用，就像一个 “隐藏的指挥官”，默默控制着花青素的合成。

综合这些研究结果，研究人员确定 MT 是一个新的低花青素血橙品种。它虽然花青素合成不那么明显，但果实更大，糖酸比更优，而且成熟时间比传统塔罗科血橙早一个月。这对于中国血橙的生产来说，可是个好消息，农民朋友们可以种植这种新品种，收获更美味、更早熟的血橙。

在讨论部分，研究人员进一步探讨了 MT 和 WT 果实性状差异的原因。MT 在果实重量、大小、可溶性糖和有机酸含量等方面都优于 WT，更符合消费者的口味。但 MT 果实中花青素积累较慢，研究人员推测可能是调节花青素的 “开关” 被抑制了，或者较低的果肉 pH 值也有影响，不过这些还需要进一步研究。

在花青素合成机制方面，研究人员发现基因表达的差异可能是由某些转录因子（TFs）介导的，像以及其他 TFs 在花青素合成中可能起着关键作用，但它们之间具体是怎么相互作用的，还需要更多研究。此外，DNA 甲基化对花青素合成的影响也很明显，5 - aza 处理 MT 果实后，相关基因的低甲基化促进了花青素积累，不过不同水果对 DNA 甲基化的反应可能不同，这也为未来的研究提供了有趣的方向。

总的来说，这项研究为我们揭示了血橙新品种 MT 花青素合成抑制的分子机制，让我们对血橙的生长发育有了更深入的了解。它不仅为柑橘类水果花青素生物合成的调控研究提供了重要依据，也为 MT 作为新品种的推广提供了有力支持，相信在未来，MT 血橙会给我们带来更多的惊喜！