什麼品種柑橘「更香甜」？蛋白代謝組學告訴你

英文題目：Proteomic and metabolomic analyses provide insight into production of volatile and non-volatile flavor components in mandarin hybrid fruit

中文題目：蛋白質組學和代謝組學分析為柑橘雜交果實中產生的揮發性和非揮發性風味成分提供了新見解

期刊：BMC Plant Biol

IF：3.964

摘要

儘管柑橘的味道和香氣中的許多揮發性成分已被確定，但分子機制和揮發性生產調節的知識非常有限。該文的目標是了解柑橘果實中揮發性風味物質產生和調節的機制。

本文選取兩種雜交柑橘果實Temple和Murcott，分別在三個發育階段收集揮發性和非揮發性物質進行對比。使用包括用於相對和絕對定量的iTRAQ技術，定量實時聚合酶鏈式反應技術，氣相色譜-質譜的組合方法來鑒定蛋白質、測量基因表達水平、揮發物、糖 、有機酸和類胡蘿蔔素。

三分之二差異表達的蛋白質在糖酵解，檸檬酸循環，氨基酸，糖和澱粉代謝的途徑中被鑒定出來。編碼瓦倫烯合酶基因（Cstps1）的酶在Temple中比在Murcott中更豐富。瓦倫烯在Temple中佔總揮發物含量的9.4％，而在Murcott果實中未檢測到瓦倫烯。Cstps1在Murcott表達嚴重降低。

作者發現瓦倫烯和其他倍半萜類物質轉化為萜類化合物途徑以及高產生阿朴胡蘿蔔素揮發物可能會導致Temple果實中類胡蘿蔔素的濃度降低。

結果

N0.1

Murcott和Temple兩種果實間的糖、有機酸和類胡蘿蔔素含量的差異

Temple和Murcott兩種果實的糖、有機酸和類胡蘿蔔素含量的差異導致肉色不同（圖1）。Temple和Murcott三個成熟階段的糖，有機酸和類胡蘿蔔素存在差異。對於糖類物質，Murcott中只有蔗糖和總糖比第3階段的Temple高，而第1階段和第3階段的總可溶性固形物含量（SSC）較高。然而，在果糖和葡萄糖中沒有發現差異。對於酸類物質，Temple在第1階段的檸檬酸比Murcott高，第1階段和第2階段的蘋果酸和可滴定酸度（TA）以及整個三個階段的抗壞血酸分別都高於Murcott。第2階段Temple的pH值顯著降低。總體而言，Temple的抗壞血酸比Murcott高出21倍。SSC /可滴定酸度（TA）在第一階段和第二階段降低。SSC / TA是柑橘成熟度的指標，在第三階段兩個品種之間沒有差異。除階段2和階段3的α-胡蘿蔔素和階段1的葉黃素外，所有類胡蘿蔔素都是Murcott比Temple更高（圖2）。

圖1.兩個品種果實的橫切面

圖2.在三個發育階段，Temple和Murcott雜交柑橘果實中的糖、有機酸和類胡蘿蔔素含量

NO.2

Murcott和Temple兩種果實間香氣揮發物的差異

用氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）檢測到121種揮發性化合物，分別有Temple中的108種化合物和Murcott中的60種化合物。Temple和Murcott都存在的有48種揮發物。除了14種未知化合物之外，Temple中有46種獨特揮發物，而Murcott中僅發現12種。Temple的總相對峰面積（內標峰面積除以峰面積）總和比Murcott高兩倍，Temple為21.9而Murcott為11.5。萜烯類相關化合物在Temple和Murcott中分別佔總揮發物的85％和95％以上，揮發性特徵也明顯不同。瓦倫烯在Temple中佔總數的9.4％，而Murcott沒有檢測到瓦倫烯或諾卡酮。Murcott和Temple分別含有0.15％和3.10％的倍半萜烯及0.38％和7.16％的酯。作者在Temple中發現了7種類胡蘿蔔素衍生揮發物：橙花醇，橙花醛，香葉，醋酸橙花酯，α-紫羅蘭酮，香葉基丙酮和β-紫羅蘭酮。相反，在Murcott中僅發現其中兩種，即乙酸橙花酯和香葉基丙酮。D-檸檬烯是揮發性最豐富的化合物，分別佔Murcott和Temple的揮發性成分的80.8％和64.4％。Murcott有兩個支鏈醛，3-甲基戊醛和4-甲基己醛，這在Temple中是沒有的。然而，Temple有一種支鏈醇3-甲基-1-丁醇和一種支鏈酯2-甲基丁酸乙酯很可能來自支鏈醇，而Murcott沒有這些化合物。

NO.3

Murcott和Temple的差異表達的蛋白質

作者在Temple和Murcott中鑒定了280個差異表達的蛋白質。在這些鑒定的蛋白質中，在三個成熟階段中，92個在果汁囊中顯著差異表達（FC> 1.5，P

使用Blast2GO程序對所有92種鑒定的蛋白質進行基因注釋。通過京都基因和基因百科全書（KEGG）注釋到代謝途徑中，進一步完成生物學解釋。KEGG分析將46種差異表達的蛋白質注釋到48種代謝途徑中。參與的大多數生物合成途徑是糖酵解，檸檬酸循環，糖合成，氨基酸合成和萜烯合成。預測大多數差異表達的蛋白質參與碳水化合物，氨基酸和脂質代謝以及能量生產。

圖3

為了驗證結果，進行了實時PCR檢測，在2008年12月22日和2009年3月11日，Temple的Cstps1基因表達分別比Murcott高217和2720倍（圖3）。

圖4

Temple和Murcott雜交果實之間差異表達的KEGG酶在紅色框里；次生代謝物以黃框表示；通路名稱顯示在藍框中；在大多數情況下，箭頭表示多種酶反應。

結論

三分之二的差異表達蛋白質在糖酵解和TCA的途徑以及氨基酸，糖和澱粉代謝途徑中被鑒定。這突出了這些代謝途徑為大多數揮發物提供上游前體的碳骨架的重要性。 Murcott的類胡蘿蔔素總量顯著高於Temple，而類胡蘿蔔素揮發物的含量低於Temple。也許是高濃度的類胡蘿蔔素揮發性化合物可能導致Temple中類胡蘿蔔素濃度低。此外，作者發現Murcott中瓦倫烯合成酶（Cstps1）嚴重降低，因此在發育期間的Murcott果實中未檢測到瓦倫烯，而Temple中卻檢測出很多。需要進一步研究以確定柑橘類水果中類胡蘿蔔素濃度與類胡蘿蔔素揮發性化合物倍半萜烯如瓦倫烯之間是否存在關聯。使用傳統育種方法提高水果風味是一項具有挑戰性的任務，因為難以評分和量化這種複雜的特性。增加對水果香味化合物生物合成途徑的了解和相應的調控機制將為改善風味提供更有效的育種策略。

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