Hortic Res | FanCXE1羧酸酯酶参与草莓果实成熟过程中挥发性酯的分解代谢

草莓的独特风味是由于糖、酸和挥发性化合物混合而产生的，其含量和平衡决定了草莓的风味。甜味化合物主要是以葡萄糖、果糖和蔗糖的形式存在的糖，而决定酸度的是有机酸（主要是柠檬酸和苹果酸）。此外，草莓果实还含有900多种挥发性物质，包括酯类、醇类、酮类、呋喃类、萜烯类、醛类和硫化物等。虽然这些挥发物的含量很低（通常为鲜重的0.001-0.01%），但其成分的微小变化会极大地改变草莓的味道。植物羧酸酯酶（CXE, EC 3.1.1.1）是属于蛋白质α/β水解酶折叠超家族的水解酶，它可能与决定成熟果实香气的主要生化和生理功能有关，包括外源性物质的降解和挥发物转化，但其具体功能在植物中尚不清楚。

2022年7月，Horticulture Research 在线发表了西班牙University of Córdoba等单位题为Strawberry fruit FanCXE1 carboxylesterase is involved in the catabolism of volatile esters during the ripening process 的研究论文。作者发现FanCXE1可以通过改变成熟草莓的酯谱在酯代谢中发挥作用。这一发现可以提高对水果挥发物分子基础的理解，促进了将相关基因的优良等位基因引入常见品种，以获得更好风味的水果。这类产品会促进更健康的饮食习惯并改善相关水果产业从业者的盈利状况。

在先前的研究中，该团队通过转录组分析鉴定到一个具有受体特异性和成熟相关的基因，并将该基因命名为FanCXE1。生物信息学分析表明，FanCXE1调控的蛋白质序列包括α/β水解酶折叠结构域和保守的跨膜结构，与其他高等植物中的羧酸酯酶存在较高的同源性，说明该蛋白质可能具有羧酸酯酶活性。

通过转录组分析作者发现FanCXE1在花和果实的发育及伸长阶段的表达水平较低，在整个成熟过程中逐步增加，并在果实红熟期达到峰值（图1）。此外，它在果实中优先表达，在营养组织中最低表达。

进一步对FanCXE1蛋白进行亚细胞定位，发现该蛋白与质膜相连。通过RNAi在草莓果实中进行FanCXE1的瞬时敲除来进一步证明这种酶在体内的作用。主成分分析（Principal component analysis, PCA）揭示了对照和沉默植株之间代谢物组成的显著差异，证实FanCXE1 在草莓挥发性物质调控过程中明显发挥了一定的作用。与对照相比，己酸甲酯和己酸乙酯、乙酸乙酯、丁酸丁酯、辛酸甲酯和丁酸甲酯的含量显着增加，而含有羟基的化合物含量显著降低（图2）。

利用皮尔逊相关性分析研究了挥发物之间的关系，两组数据都包含类似化学结构的化合物（即醇和酯），丁酸甲酯、己酸甲酯等酯类的含量与橙花醇、芳樟醇、苯甲醇等含羟基化合物的含量呈负相关（图3）。

以上结果表明FanCXE1通过改变成熟草莓中的酯结构，在酯代谢中发挥作用。 总之，这项工作的结果提高了我们对挥发性合成的分子基础的理解，为更好地获得具有独特风味的水果提供了良好的理论基础。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhac095

转自：“植物科学SCI”微信公众号

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