揭秘菠萝果肉透明化之谜：AcoCAX2 基因的关键作用

为探究菠萝果肉透明化机制，研究人员聚焦 AcoCAX2 基因，发现其调控钙运输影响透明化，意义重大。

　　在热带和亚热带地区，菠萝产业可是经济发展的 “重头戏”。然而，菠萝果肉透明化这个 “捣蛋鬼” 却让种植户们头疼不已。得了透明化 “毛病” 的菠萝，果肉软趴趴、呈透明状，还散发着一股酒糟味，根本没法在市场上卖，直接影响了种植户的收入。

以往研究发现，果肉中的钙含量与菠萝透明化关系密切，钙含量越低，透明化指数越高。给菠萝施钙肥，有时候能降低透明化发生率，但也不是每次都有效，这背后的原因一直没人能说清楚。所以，为了搞清楚菠萝果肉透明化的机制，中国热带农业科学院的研究人员开展了一项意义重大的研究。相关成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》杂志上。

研究人员为了深入探究这一现象，采用了多种技术方法。在基因层面，运用基因编辑技术构建 AcoCAX2 基因的突变体和过表达植株；借助农杆菌介导转化技术，将目标基因导入菠萝胚胎愈伤组织；通过组织特异性表达实验，分析基因在不同组织中的表达情况；利用钙含量测定技术，精准测量不同组织和部位的钙含量 。

下面来看看具体的研究结果。

• 钙含量分布差异：研究人员测量了菠萝不同组织的钙含量，发现收获前 2 周，有透明化果实的植株中，果柄钙含量为 11.72 ± 0.73mg/g DW，果肉和叶片的钙含量分别为 1.01 ± 0.13mg/g DW 和 8.93 ± 0.68mg/g DW。果柄和叶片的钙含量明显高于果肉和果芯，且透明化果肉的钙含量低于正常果肉。这表明果肉钙含量与菠萝透明化呈负相关，大量钙离子在果柄积累，像是运输钙离子进入果实的 “瓶颈”。
• 钙肥与透明化的关系：在施钙实验中，不添加钙时，菠萝透明化发生率（TI）高达 92%。往土壤里添加氯化钙后，TI 有所下降，加 1000g 氯化钙时，TI 降至 21%。给叶片和果实喷氯化钙也有类似效果，但施钙肥无法完全消除透明化现象，似乎施钙量和透明化发生率之间存在一个 “阈值”。
• 钙离子运输途径：通过环剥实验和测定木质部、韧皮部汁液中的钙含量，研究人员发现环剥后，果柄靠近果实部位的钙含量显著下降，且韧皮部汁液中的钙含量（15.5 ± 1.5μM）明显高于木质部（2.6 ± 0.5μM）。这说明在菠萝果柄中，钙离子主要通过韧皮部运输，大量钙离子积累在韧皮部。
• AcoCAX2 基因的作用：菠萝基因组中有 4 个 CAX 基因，组织特异性表达实验显示，AcoCAX2 在根、茎、果柄和叶片中表达，且软件预测其蛋白主要位于细胞膜。将 AcoCAX2 转入钙敏感酵母 K667 后，酵母细胞吸收的钙离子增多；在果柄与果实连接处过表达 AcoCAX2 的菠萝植株，果实钙含量增加，透明化发生率降低；而 AcoCAX2 基因突变的果实，钙含量减少，透明化发生率升高。这一系列实验表明，AcoCAX2 是将钙离子从果柄韧皮部转运到果实的关键基因。
• AcoCAX2 蛋白定位：将 AcoCAX2 与 GFP 融合后导入菠萝叶原生质体，观察发现部分绿色荧光信号出现在细胞膜，部分被大液泡挤到细胞质中，证明 AcoCAX2 蛋白位于细胞膜和细胞质。
• 启动子特异性表达：把 proNtPRB1b 和 proAcoCAX2 连接，驱动 Gus 基因表达，结果发现只有果柄与果实连接处及附近组织被染色，说明 proNtPRB1b - proAcoCAX2 启动子在果柄与果实连接处特异性表达。
• 突变体果实特征：AcoCAX2 基因突变的 MAcoCAX2 - 5 果实，细胞间液体含量比野生型和对照组更高，细胞壁更容易破裂，这进一步解释了 AcoCAX2 基因突变导致果实透明化发生率升高的原因。

综合这些研究结果，研究人员提出了一个关于钙离子、AcoCAX2 和菠萝透明化关系的假设：钙离子通过木质部进入果柄，再经蒸腾作用进入韧皮部，在果柄韧皮部，钙离子通过筛孔进入靠近脱落区的末端筛管细胞。位于末端筛管细胞膜上的 AcoCAX2 将部分钙离子转运到脱落层细胞间隙，穿过脱落层后进入果肉组织。如果末端筛管细胞膜上的 AcoCAX2 蛋白分子不足，大量钙离子就会滞留在果柄，导致果实缺钙和果肉透明化；反之，过表达 AcoCAX2 则能增加果肉钙含量，降低透明化发生率。

这项研究首次揭示了 AcoCAX2 基因与菠萝果肉透明化之间的关系，为后续培育低透明化发生率的菠萝品种提供了重要的理论依据和材料基础，有望帮助种植户减少因菠萝透明化带来的经济损失，推动菠萝产业的健康发展。