前言

“玉露”蟠桃為冷敏感型果實(shí)，長(zhǎng)期的低溫冷藏易使果實(shí)出現(xiàn)果肉褐變、絮敗、糖酸比失調(diào)、芳香物質(zhì)喪失等品質(zhì)劣變癥狀，嚴(yán)重影響了果實(shí)的食用和商品價(jià)值，其中果肉褐變是制約桃果實(shí)流通及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。氣調(diào)貯藏(CA)可顯著抑制果肉褐變，但作用機(jī)理仍需解析。

2022年7月，上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所葉正文團(tuán)隊(duì)在Plant Physiology and Biochemistry發(fā)表了題為 “Controlled atmosphere storage alleviates internal browning in flat peach fruit by regulating energy and sugar metabolisms ”的研究成果，基于iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)氣調(diào)貯藏（CA）可顯著抑制蟠桃果實(shí)果肉褐變（IB）和能量損耗，增強(qiáng)果實(shí)的抗冷性，延長(zhǎng)保鮮期。探討能量代謝與果肉褐變作用機(jī)制，為解析桃果實(shí)抗低溫逆境原理及貯藏保鮮和冷鏈物流技術(shù)的研發(fā)提供理論支撐。

基本信息

中文標(biāo)題：氣調(diào)貯藏調(diào)控能量和糖代謝延緩果實(shí)褐變的機(jī)理機(jī)制解析

研究對(duì)象：蟠桃果實(shí)

發(fā)表期刊：Plant Physiology and Biochemistry

影響因子：5.473

發(fā)表時(shí)間：2022年7月

運(yùn)用組學(xué)技術(shù)：iTRAQ標(biāo)記定量蛋白質(zhì)組學(xué)（由鹿明生物提供技術(shù)支持）

研究背景

本研究以冷敏感型“玉露”蟠桃果實(shí)為試材，研究氣調(diào)貯藏（3–3.5%氧氣、3–3.5%二氧化碳和93–94%氮?dú)猓?duì)果實(shí)褐變、糖含量和ATP、ADP、AMP及能荷的影響；基于iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，對(duì)氧化磷酸化途徑、糖酵解途徑和蔗糖-淀粉途徑代謝通路及關(guān)鍵蛋白進(jìn)行研究，探討能量代謝與果肉褐變作用機(jī)制。

技術(shù)流程

（點(diǎn)擊圖片查看大圖）

研究結(jié)果

1、褐變（IB）指數(shù)
冷藏25+3d和30+3d，對(duì)照組果實(shí)的褐變指數(shù)分別為22.5% 和 90% ，氣調(diào)貯藏可顯著抑制果實(shí)褐變的發(fā)生。

圖1 | CA貯藏對(duì)蟠桃果實(shí)IB指數(shù)的影響

2.糖含量

冷藏期間，CK果實(shí)的蔗糖、葡萄糖和果糖含量持續(xù)下降，氣調(diào)貯藏可顯著抑制冷藏和貨架期間果實(shí)蔗糖、葡萄糖和果糖含量的降低，且顯著高于對(duì)照組果實(shí)糖含量。

圖2?|?CA貯藏對(duì)冷藏和貨架期間含量的影響

蔗糖（A）、果糖（B）、葡萄糖（C）和山梨醇（D）

3.ATP、ADP、AMP含量和能荷

冷藏期間，CK組果實(shí)ATP含量和能荷均呈急劇下降趨勢(shì)，氣調(diào)貯藏可顯著抑制ATP含量和能荷的下降。CK組和氣調(diào)貯藏組果實(shí)ADP含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，貯藏后期氣調(diào)組果實(shí)ADP含量顯著高于CK組果實(shí)；CK組和氣調(diào)組果實(shí)AMP含量呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，貯藏20-30d的氣調(diào)組果實(shí)AMP含量顯著高于CK組果實(shí)。貨架第3d，氣調(diào)組果實(shí)ATP和ADP含量及能荷均顯著高于CK組果實(shí)。

圖3 | CA貯藏對(duì)冷藏和貨架期間的變化

ATP（A）、ADP（B）、AMP（C）含量和能荷（D）

4.冷藏和貨架期間與能量代謝相關(guān)的DEPs的鑒定

33個(gè)差異表達(dá)蛋白與果實(shí)褐變和能量代謝相關(guān)?；?3個(gè)差異蛋白的變化，兩個(gè)處理組和五個(gè)時(shí)間點(diǎn)的果品被聚為4類。類群Ⅰ包含冷藏0 d,15 d,20 d的對(duì)照組和氣調(diào)組果實(shí)；類群Ⅱ包含冷藏30d的對(duì)照組果實(shí)；類群Ⅲ包含30+3 d的對(duì)照組果實(shí)；類群Ⅳ包含30d和30+3d的氣調(diào)組果實(shí)。氣調(diào)處理對(duì)貯藏后期果品的能荷及褐變調(diào)控作用較大，冷藏20-30d和30+3d為褐變調(diào)控的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)（圖 4）。

33個(gè)差異蛋白分布在3個(gè)代謝途徑，氧化磷酸化途徑中M5XYZ4,M5WJV0,M5WMW6 等25個(gè)差異表達(dá)蛋白被調(diào)控；蔗糖-淀粉途徑中M5VVU6、M5VWQ6等6個(gè)差異表達(dá)蛋白被調(diào)控；糖酵解途徑中M5XC37 等6個(gè)差異表達(dá)蛋白被調(diào)控，其中4個(gè)差異表達(dá)蛋白為兩個(gè)途徑共有（圖 4和表2）。

五個(gè)關(guān)鍵貯藏時(shí)間點(diǎn)中，4633個(gè)可信蛋白和2253個(gè)差異表達(dá)蛋白被檢測(cè)出。對(duì)照組果實(shí)差異蛋白表達(dá)量持續(xù)左移，氣調(diào)貯藏的果實(shí)差異蛋白表達(dá)量持續(xù)上移，說(shuō)明氣調(diào)對(duì)差異蛋白的調(diào)控較明顯（圖5）。（對(duì)照組果實(shí)中有180個(gè)差異表達(dá)蛋白持續(xù)下調(diào)；140個(gè)差異表達(dá)蛋白持續(xù)上調(diào)；氣調(diào)貯藏的果實(shí)中有112個(gè)差異表達(dá)蛋白持續(xù)下調(diào)，54個(gè)差異表達(dá)蛋白持續(xù)上調(diào)。）

冷藏15d,20d,30d及貨架期間：對(duì)照組果實(shí)分別有34,92,374,440個(gè)差異表達(dá)蛋白；氣調(diào)貯藏組果實(shí)分別有50,46,159,237個(gè)差異表達(dá)蛋白。對(duì)照組果實(shí)分別有13,1,64,123特異的差異表達(dá)蛋白；氣調(diào)貯藏組果實(shí)分別有9,2,39，121特異的差異表達(dá)蛋白。整個(gè)期間，對(duì)照組果實(shí)有13個(gè)共有的差異表達(dá)蛋白；氣調(diào)貯藏組果實(shí)有22個(gè)共有的差異表達(dá)蛋白。其中,33個(gè)差異表達(dá)蛋白與果實(shí)能量代謝和膜完整性相關(guān)（圖4和6）。

圖4 | 熱圖

圖5 | 差異蛋白的主成分分析

圖6 | 能量代謝相關(guān)的差異表達(dá)蛋白數(shù)量

5.CA 貯藏對(duì)關(guān)鍵蛋白表達(dá)量及蛋白互作的影響

糖酵解、淀粉-蔗糖和氧化磷酸化途徑三個(gè)代謝途徑的33個(gè)差異表達(dá)蛋白呈復(fù)雜的互作關(guān)系，共同調(diào)控果實(shí)的褐變和能量代謝。其中，β-淀粉酶1,2、α-淀粉酶和蔗糖合成酶呈線性互作關(guān)系；氧化磷酸化途徑中的25個(gè)差異表達(dá)蛋白呈復(fù)雜的線形和環(huán)形互作關(guān)系，其中磷酸果糖激酶1,2（PFK1,2）為氧化磷酸化途徑和糖酵解途徑共同擁有。氣調(diào)貯藏通過(guò)調(diào)控酮酸脫羧酶1,2（PDC1, 2）、the V-type proton ATPase、β-淀粉酶1的表達(dá)量抑制軟溶質(zhì)桃果實(shí)褐變和能量損耗，PDC1, 2和β-淀粉酶可能是厭氧條件下能量供給的一種途徑。

圖7 | 蛋白互作圖

附錄：（文章中所提到的表1和表2）

研究討論

該研究基于iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，對(duì)氧化磷酸化途徑、糖酵解途徑和蔗糖-淀粉途徑代謝通路及關(guān)鍵蛋白進(jìn)行研究，探討能量代謝與果肉褐變作用機(jī)制，這表明，蟠桃果實(shí)IB指數(shù)與ATP、AMP、蔗糖和果糖含量顯著相關(guān)。CA貯藏可通過(guò)調(diào)控糖酵解/糖異生、淀粉-蔗糖和OPP代謝途徑中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)的表達(dá)量而抑制果實(shí)褐變的發(fā)生及能量的損耗，較好地保持果實(shí)固有品質(zhì)和風(fēng)味，延長(zhǎng)果實(shí)保鮮期。其中磷酸果糖激酶1,2（PFK1,2）為氧化磷酸化途徑和糖酵解途徑共同擁有。

氣調(diào)貯藏通過(guò)調(diào)控酮酸脫羧酶1,2（PDC1, 2）、the V-type proton ATPase 、β-淀粉酶1的表達(dá)量抑制軟溶質(zhì)桃果實(shí)褐變和能量損耗，PDC1, 2和β-淀粉酶可能是厭氧條件下能量供給的一種途徑。該研究成果為解析桃果實(shí)抗低溫逆境原理及貯藏保鮮和冷鏈物流技術(shù)的研發(fā)提供理論支撐。

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