多組學聯合分析：脂質組學和轉錄組學聯合分析發現Newhall臍橙有無光澤的分子機制

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不知道大家平時在買水果的時候是不是都更喜歡有光澤的水果呢？可是，市場上一些有光澤的水果并不是天然就有光澤的。打蠟和拋光是新鮮柑橘商品化的關鍵步驟。該過程中使用的合成蠟，由于獨特的化學特性，會阻塞氣孔并影響果實品質。讓栽培的水果具有期望的顏色、高光澤度、優良內部品質和強抗菌性能是相當重要的。作為植物與環境接觸的第一個外部屏障，柑橘類水果的表皮蠟質已被報道在保水性、氣體交換和果實表面光澤度中發揮重要作用。結合表皮的外部保護，膜脂質直接保護植物細胞和細胞器，質體膜脂質是植物膜脂質系統的主要成分。

在柑橘中與脂類相關的大多數分子研究一般重點注重角質層，沒有突出膜脂的重要性。基于先前報道的“Newhall”臍橙的光澤突變體，研究者對該光澤突變體（MT）和野生型“Newhall”臍橙（WT）的未成熟階段和成熟階段進行了脂質組和轉錄組分析，以確定蠟和質體脂質之間的碳交換。并嘗試通過三個上調的脂肪酶基因的功能鑒定來闡明MT中JA水平升高的潛在原因。這項研究在增進對柑橘類水果品質維持的理解，為柑橘脂庫天然存在的變異的分子機制提供了新見解。

s5

雜志：Horticulture Research

影響因子：5.404

發表時間：April 2020

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s4-z

摘要

表皮脂質和膜脂質在新鮮水果的品質維持和抗病性中都起著重要作用。許多報道表明在表皮蠟突變體中有替代分支途徑的改變。到目前為止，尚不清楚脂質的具體變化。本文中，研究者對“Newhall”臍橙（WT）及其有光澤的突變體（MT）“Gannan No.1”進行了一個全面的時間分辨脂質組和轉錄組分析。結果表明，MT中隨著果實成熟度的增加，蠟的形成受到嚴重抑制，并伴隨著36碳質體脂質的大量產生。轉錄組學分析鑒定出一系列參與蠟和膜脂質生物合成途徑的關鍵功能酶和轉錄因子。茉莉酸（JA）在MT中的高積累可能是由于需要維持質體脂質體內穩態，因為兩種明顯上調的脂肪酶（CsDAD1和CsDALL2）的表達水平與質體脂質呈正相關，而這兩種酶能將質體脂質水解從而增加JA含量。該研究結果將對植物脂質自然變異的分子機制提供新見解，從而為提高柑橘類水果的質量奠定基礎。

主要結果

研究者選擇了果實開始膨脹（90DAA）、開始成熟（150DDA）和完全成熟（210DDA）三個階段的樣本，對蠟含量在果實發育階段的變化進行了驗證。研究發現，在整個發育過程中，蠟中所有脂族化合物在MT中的含量均低于WT中的，且隨著果實成熟度的增加差異也越來越大。對150DAA和210DAA階段的果實果皮進行脂質組分析，共鑒定和定量了219種甘油脂，層次聚類分析顯示MT中的磷脂代謝與WT中的代謝模式不同。根據所有脂質類別的相對含量，在兩個階段均觀察到MT中的脂類積累高于WT中的脂類積累，尤其是在210 DAA。為了研究MT和WT之間分子生物學調控的差異，研究者對在150 DAA和210 DAA收獲的水果的果皮進行了轉錄組分析。轉錄組學數據顯示WT和MT差異表達基因（DEG）的比例隨著果實成熟度的增加而增加，且這些DEG在24條KEGG途徑中顯著富集。JA的生物合成與質體脂質密切相關，為了確定參與質體脂質降解和JA形成的關鍵脂肪酶，研究者通過blast搜索共鑒定出37種推測的脂肪酶，系統發育分析表明，三個PLA1基因被分組在DAD1樣基因家族中，其中兩個基因CsDAD1和CsDALL2與質體脂質呈正相關。通過在煙草中瞬時過表達這3個基因，研究者發現在CsDAD1和CsDALL2的過表達系中JA水平分別增加了19倍和8倍，表明這兩個基因對JA的形成有很大的影響。

MT和WT中隨著成熟度增加的光澤表型和蠟的合成

MT和WT的轉錄組學分析

煙草中DAD1樣基因的功能表征

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