近日，四川农业大学园艺学院现代果树栽培与生理研究团队在中科院二区TOP期刊【Scientia Horticulturae】（IF=4.3）在线发表了题为「Combined metabolomic and transcriptomic analysis reveals variation in phenolic acids and regulatory networks in the peel of sweet orange ‘Newhall’ (C. sinensis) after grafting onto two different rootstocks」的研究论文，果树学系熊博博士与2021级农艺与种业硕士研究生李琴为该文的共同第一作者，汪志辉教授为论文通讯作者。
嫁接在植物次生代谢产物的生物合成中具有重要作用。本研究以纽荷尔脐橙为研究对象，通过转录组和代谢组联合分析，表明两种不同砧木[枳壳（ct）和香橙（cj）]嫁接对纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成的影响， AP2/ERF-ERFs 和 MYBs 转录因子可能参与了酚酸的生物合成。研究结果为深入了解砧木嫁接对纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成调控机理提供了理论依据。
研究亮点
1. 砧木嫁接和不同发育时期对纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成具有显著的影响。
2. 不同砧木嫁接可能诱导了纽荷尔脐橙果皮中乙烯信号通路相关基因的差异表达。
3. AP2/ERF-ERF 和 MYB 家族成员可能参与了枳壳和香橙砧嫁接的纽荷尔脐橙果皮中酚酸的生物合成。
研究结论
1. 对24个样本进行总酚酸含量检测分析，发现纽荷尔脐橙果皮中酚酸的生物合成受砧木嫁接和不同发育时期的影响（图1）。其中枳壳砧嫁接的纽荷尔脐橙果皮（ct）中总酚酸含量在果实膨大后期（9月）达到峰值（347.27 µg·g − 1 FW），而香橙砧嫁接的纽荷尔脐橙果皮（cj）中总酚酸含量在果实膨大期（8月）达到峰值（316.80 µg·g− 1 FW）。另外，ct和cj中总酚酸的总体变化趋势恰恰相反，ct呈现先上升后下降的趋势，而cj先下降后上升。
图1 试验设计。(A)试验流程图 (B)两种试验材料示意图 (C)ct和cj在四个时期总酚酸含量
2. 代谢组检测到270种酚酸。以FC > 2或<0.5、p-value<0.05和VIP > 1为标准，筛选差异积累的酚酸（图2）。结果表明24种差异积累的酚酸可能是造成ct和cj总酚酸含量显著差异的原因。
图2 ct和cj果皮中差异酚酸分析。（A-C）24种酚酸在三个比较组中的上调下调关系 （D）5种共有酚酸在不同发育阶段相对含量的Log2值。
3. 基于GO和KEGG注释分析，鉴定到36个富集酚酸生物合成途径的结构基因，包括4个 CsPALs 、2个 CsC4Hs 、6个 Cs4CLs 、8个 CsCSEs 、8个 CsCOMTs 和8个 CsHSTs （图3）。利用热图分析了这36个结构基因的相对表达水平，发现其中有4个家族（ CsPAL 、 Cs4CL 、 CsCOMT 和 CsCSE ）中的8个结构基因（ Cs_ont_7g006400，Cs_ont_9g025750，Cs_ont_1g004990，Cs_ont_3g008120，Cs_ont_5g0 17430，novel.756，Cs_ont_6g004010和Cs_ont_7g004590 ）的相对表达水平与ct和cj中总酚酸含量变化趋势一致，这些结构基因可能是影响不同砧木嫁接后纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成的关键基因。
图3 两种砧木嫁接后纽荷尔脐橙果皮中酚酸的生物合成途径和结构基因热图
4. 对所有差异转录因子分析发现， AP2/ERF-ERF 和 MYB 是不同比较组中差异转录因子中数量最多的两个家族。进一步对差异酚酸和差异转录因子进行共表达分析鉴定到了可能参与不同砧木嫁接后纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成的转录因子（图4）。结果表明 AP2/ERF-ERF 和 MYB 家族可能参与了不同砧木嫁接后纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成。
图4 差异酚酸与转录因子的共表达网络分析与两种砧木嫁接后纽荷尔脐橙果皮中酚酸生物合成的假设模型
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112461
熊博
第一作者
博士，硕士生导师，园艺学院教学科研基地办公室主任。以第一作者（含共同）在【Scientia Horticulturae】【Frontiers in Plant Science】【Journal of Food Composition and Analysis】【Horticulturae】等刊物上发表学术论文19篇，其中Top期刊论文6篇。获四川省科技进步奖二等奖2项，获得国家发明专利3件，参与选育果树审定品种2个，参编出版果树专著1部、地方专业志书1部。担任四川省科技下乡万里行专家服务团首席专家，重庆市科技特派员，巴中市科技特派员，中国优质脐橙研究中心专家。
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李琴
共同第一作者
四川农业大学园艺学院2021级农艺与种业硕士研究生，主要研究方向为晚熟柑橘优质高效栽培，以第一作者（含共同）在SCI期刊上发表论文5篇。
Email: [email protected]
汪志辉
通讯作者
博士，教授，博士生导师，四川农业大学园艺学院院长，四川省学术与技术带头人。主要从事果树优质高效栽培理论与技术，园艺植物有机栽培理论与技术，设施园艺方面的教学和科研工作。主持国家重点研发计划等科研项目（课题）7项，省市级及横向合作项目60余项。近年来，在【Frontiers in Plant Science】【BMC Genomics】【Scientia Horticulturae】【Environmental Monitoring and Assessment】等刊物上发表学术论文170余篇。主持选育果树审定品种3个，主持国家发明专利3件，主持获得四川省科技进步二等奖2项。担任农业农村部重大技术协同推广（四川晚熟柑桔）首席专家，四川省水果创新团队李栽培岗位专家、「十四五」育种公关团队专家、现代农业「10+3」产业「川果」科技特派员服务团团长、科技扶贫万里行首席专家、专家服务团专家、「三区」科技人才，蒲江国家现代农业园区首席科学家。中国柑桔学会常务理事、中国园艺学会梨分会第三届理事会理事、中国农业工程学会设施园艺工程专业委员会第九届专委会委员、中国农业技术推广协会会员、四川省农村专业技术协会常务理事。
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