研究思路

研究結(jié)果

1.?參與糖代謝的代謝物和蛋白質(zhì)積累

在中國6個(gè)地理和氣候條件不同的城市的果園中采集蘋果,分別是阿克蘇（新疆）、洛川（陜西?。⑦\(yùn)城（山西?。?、大連山（四川）、昭通（云南）和煙臺（山東）。

使用GC-MS代謝組學(xué)和標(biāo)記蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)對阿克蘇和昭通的蘋果進(jìn)行研究，主成分分析（PCA）顯示，蘋果水心中果皮、非水心中果皮和苦核中果皮組代謝產(chǎn)物和蛋白質(zhì)存在較大差異（圖1 A）。阿克蘇苦核蘋果和非水心蘋果相比，檢測出403個(gè)上調(diào)蛋白和246個(gè)下調(diào)的蛋白；阿克蘇有水心中果皮蘋果相對于無水心中果皮蘋果，檢測出上調(diào)312個(gè)上調(diào)蛋白和228個(gè)下調(diào)蛋白。

與非水心中果皮相比，昭通蘋果水心中果皮組有145個(gè)上調(diào)蛋白，54個(gè)下調(diào)蛋白（圖1 B）。維恩圖顯示三個(gè)比較組共有51個(gè)差異蛋白（圖1 C）。KEGG富集分析顯示，差異蛋白顯著富集在碳水化合物代謝(代謝)、翻譯(遺傳信息處理)、氨基酸代謝(代謝)、折疊、分選和降解(遺傳信息處理)等通路。碳水化合物代謝的變化與蘋果中果皮的甜度有關(guān)，水心中果皮中的糖醇、2-脫氧赤蘚糖醇和麥芽糖醇含量高于非水心中果皮。巖藻糖、D-葡萄糖和葡萄糖-6-磷酸也在含水心中果皮中富集，這可能會讓蘋果水心更甜（圖1 E）。

圖1 組間蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)在淀粉和蔗糖代謝的差異概述

2.?水心蘋果中的鈣穩(wěn)態(tài)

GO富集分析顯示，金屬離子結(jié)合在水心發(fā)育過程中顯著富集。進(jìn)一步證據(jù)表明，在46個(gè)“淀粉和蔗糖代謝”蛋白和59個(gè)“鈣離子結(jié)合”蛋白中有34個(gè)重復(fù)的差異蛋白，這表明在水心積累過程中，鈣穩(wěn)態(tài)和糖代謝之間存在潛在的相關(guān)性（圖2 d）。鈣含量檢測結(jié)果顯示，WM1比NM1低了三分之二（圖2 a）。除此之外，通過形態(tài)學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)觀察，檢測到鈣離子的轉(zhuǎn)運(yùn)通道呈放射狀分布在維管束周圍（圖2 b）。參與鈣離子結(jié)合的差異蛋白熱圖顯示，阿克蘇和昭通蘋果的水心和非水心中果皮的鈣穩(wěn)態(tài)變化相似（圖2 c）。而苦中果皮中參與鈣穩(wěn)態(tài)的差異蛋白含量普遍較低（圖3 c）。

圖2 阿克蘇水心蘋果的鈣穩(wěn)態(tài)

3. 水心蘋果中蔗糖合酶（SUSY）蛋白的豐度

同時(shí)參與“淀粉和蔗糖代謝”和“鈣離子結(jié)合”的蔗糖合酶（SUSY）在水心中果皮中含量較高，而在苦中果皮中含量較少（圖3 a）。作者為了探索其潛在的生物學(xué)功能，在SWISS-Model數(shù)據(jù)庫上通過同源建模的方法預(yù)測了MdSUSY的三維結(jié)構(gòu)，該序列與擬南芥SUSY1模板的同源性為66.87%。MdSUSY蛋白由812個(gè)氨基酸組成，呈對稱的四聚體結(jié)構(gòu)（圖3 b）。對蛋白CDS序列上游啟動子區(qū)域進(jìn)行順式作用元件分析，以確定可能的調(diào)控因子。共分析到12個(gè)不同的響應(yīng)因子，其中包括8MeJA響應(yīng)位點(diǎn)，5脫落酸響應(yīng)位點(diǎn)和5MYB位點(diǎn)，4MYC位點(diǎn)，3MYBHv1結(jié)合位點(diǎn)，2生長素響應(yīng)位點(diǎn)和2細(xì)胞周期調(diào)控位點(diǎn)，和1厭氧誘導(dǎo)、防御和應(yīng)激反應(yīng)、MYB-like和種子特定監(jiān)管位點(diǎn)（圖3 c）。

通過系統(tǒng)發(fā)育樹分析，作者研究了包含擬南芥在內(nèi)近緣植物物種間SUSY的進(jìn)化模式。結(jié)果表明，蘋果種與中國玫瑰枝相近（圖3 d）。此外，基序發(fā)現(xiàn)和蛋白結(jié)構(gòu)域分析顯示，在16個(gè)物種中，所有同源蛋白均包含10個(gè)保守基序（圖3 e）?！罢崽呛厦附Y(jié)構(gòu)域”在16個(gè)物種的蛋白質(zhì)中普遍存在，表明了SUSY的進(jìn)化保守性（圖3 f）。

圖3 不同物種的SUSY同源物分析

文章總結(jié)

總的來說，本研究通過對不同地區(qū)蘋果水心中果皮和非水心中果皮的蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)綜合分析，發(fā)現(xiàn)碳水化合物代謝是最顯著富集的途徑。主要涉及淀粉降解以及蔗糖和糖醇的生物合成。參與鈣離子結(jié)合、淀粉和蔗糖代謝的差異蛋白質(zhì)有50%以上重疊，意味著鈣信號傳導(dǎo)參與水心發(fā)育。對蔗糖合酶（SUSY）序列進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了12個(gè)不同的響應(yīng)因子位點(diǎn)，通過系統(tǒng)發(fā)育樹分析，表明了SUSY的進(jìn)化保守性。這些結(jié)果有助于水心和苦中果皮的鑒定，并為改善蘋果的外觀和食品質(zhì)量提供了潛在的價(jià)值。

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該文章通過iTRAQ蛋白組學(xué)和GC-MS非靶向代謝組學(xué)表征了水心蘋果的蛋白豐度和代謝譜，系統(tǒng)地鑒定出水心和非水心中果皮蘋果之間不同的分子模型，并研究了鈣離子結(jié)合的參與和水心中果皮的微觀結(jié)構(gòu)特征。找到了富含水心蘋果的碳水化合物代謝的變化，包括累積的蔗糖和糖醇。蔗糖合酶（SUSY）蛋白參與鈣離子結(jié)合和糖代謝，是蘋果水心發(fā)育的潛在基礎(chǔ)，為表觀品質(zhì)的調(diào)控提供了潛在的候選基因。

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