Hortic Res | 探究Bronze番茄果实成熟过程中的代谢变化

近年来，经典的代谢工程方法可以通过修改特定的生化反应或引入新的反应来直接改善相应产物的形成，并且该方法已成功地运用在了多种植物中。比如对于富含花青素的purple番茄或Bronze番茄，是由于编码转录因子的三个调控基因（AtMYB12、Amdel和AmRos1）和结构基因二苯乙烯合成酶过表达造成的（图1）。除了这三种转录因子外，Bronze品系还含有编码葡萄二苯乙烯合成酶的结构基因。该基因的结构性过表达能够产生在番茄果实中通常不存在的二苯乙烯类化合物。这种多层次代谢工程方法的结果是来自Bronze品系的成熟水果富含黄酮醇（约14.5 mg/g）、花青素（约2.5 mg/g）和二苯乙烯类化合物（约5.5 mg/g），而总胡萝卜素含量没有显著变化。这些数据与显著更高的抗氧化能力和显著的抗炎能力相吻合。除了不同种类多酚含量的显著变化外，这可能直接或间接地影响果实成熟过程中的其他生物合成途径和生理过程。

近日，Horticulture Research 在线发表了ISPA-CNR等题为Engineering the polyphenolic biosynthetic pathway stimulates metabolic and molecular changes during fruit ripening in “Bronze” tomato 的研究论文。

文章中作者首先分析了Bronze番茄果实与WT果实成熟代谢过程。结果表明，多酚和抗氧化能力逐渐增加，并在成熟阶段达到最高水平。随着多酚生物合成和积累的开始，在早熟阶段观察到葡萄糖、果糖和苹果酸降低。黄酮类代谢前体柚皮素减少，柠檬酸增加和苹果酸的大量减少。

作者还发现在破色期的Bronze番茄果实中，SUS1、G6PDH 和SK 过表达，而大多数与黄酮生物合成途径有关的基因（PAL、CHS、CHI、F3H、FLS、DFR、ANS）和黄酮/花青素修饰基因（3GT、5GT和AOM）的表达水平在后期达到峰值。因此，参与初级或次级代谢的基因表达可能受到不同的时间调节。作者还发现MTP77的显着上调与特异性参与花青素生物合成的其他基因的表达模式相匹配。在Bronze番茄果实成熟过程中编码位于质膜上的P型H⁺-ATP酶的LHA1上调。该基因编码位于质膜上的P型H⁺-ATP酶，并参与质子在胞质隔室外的易位。这可能与MTP77介导的花青素螯合到液泡中导致质子大量释放到细胞质中有关。这种情况下细胞质的pH稳态可能需要LHA1。

类胡萝卜素的定量分析表明，与WT相比，Bronze果实中观察到的番茄红素含量减少与β-胡萝卜素的显着增加所平衡，使得该品系中的总类胡萝卜素含量类似于野生型，但番茄红素/β-胡萝卜素比率发生变化。在亲本系中也观察到类似的趋势，因此表明MYB12转录因子会对番茄红素/β-胡萝卜素比率产生影响。与WT相比，类胡萝卜素生物合成有关的所有三种结构基因（GGPS、PSY和LCYB）在Bronze果实中均下调，但仅有 LCYB 显著表达。这说明Bronze番茄果实中番茄红素含量低可能是几种类胡萝卜素生物合成基因协同降低表达的结果。β-胡萝卜素的增加可能也与这种植物化学物质的分解代谢率低有关。

该团队研究了Bronze番茄果实成熟伴随着影响成熟果实营养品质的主要转录组和代谢变化，并证实该品系可用作研究类胡萝卜素和类胡萝卜素之间分子串扰的模型，并且作者认为Bronze番茄的某些保护特性可能部分是由β-胡萝卜素介导的。总之，这些研究结果为研究Bronze番茄果实提供了一个很好的导向。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac097

转自：植物科学SCI

如有侵权，请联系本站删除！