近日，四川農業大學園藝學院現代果樹栽培與生理研究團隊在中科院二區TOP期刊【Scientia Horticulturae】（IF=4.3）線上發表了題為「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」的研究論文，果樹學系熊博博士與2021級農藝與種業碩士研究生李琴為該文的共同第一作者，汪誌輝教授為論文通訊作者。
嫁接在植物次生代謝產物的生物合成中具有重要作用。本研究以紐荷爾臍橙為研究物件，透過轉錄組和代謝組聯合分析，表明兩種不同砧木[枳殼（ct）和香橙（cj）]嫁接對紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成的影響， AP2/ERF-ERFs 和 MYBs 轉錄因子可能參與了酚酸的生物合成。研究結果為深入了解砧木嫁接對紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成調控機理提供了理論依據。
研究亮點
1. 砧木嫁接和不同發育時期對紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成具有顯著的影響。
2. 不同砧木嫁接可能誘導了紐荷爾臍橙果皮中乙烯訊號通路相關基因的差異表達。
3. AP2/ERF-ERF 和 MYB 家族成員可能參與了枳殼和香橙砧嫁接的紐荷爾臍橙果皮中酚酸的生物合成。
研究結論
1. 對24個樣本進行總酚酸含量檢測分析，發現紐荷爾臍橙果皮中酚酸的生物合成受砧木嫁接和不同發育時期的影響（圖1）。其中枳殼砧嫁接的紐荷爾臍橙果皮（ct）中總酚酸含量在果實膨大後期（9月）達到峰值（347.27 µg·g − 1 FW），而香橙砧嫁接的紐荷爾臍橙果皮（cj）中總酚酸含量在果實膨大期（8月）達到峰值（316.80 µg·g− 1 FW）。另外，ct和cj中總酚酸的總體變化趨勢恰恰相反，ct呈現先上升後下降的趨勢，而cj先下降後上升。
圖1 試驗設計。(A)試驗流程圖 (B)兩種試驗材料示意圖 (C)ct和cj在四個時期總酚酸含量
2. 代謝組檢測到270種酚酸。以FC > 2或<0.5、p-value<0.05和VIP > 1為標準，篩選差異積累的酚酸（圖2）。結果表明24種差異積累的酚酸可能是造成ct和cj總酚酸含量顯著差異的原因。
圖2 ct和cj果皮中差異酚酸分析。（A-C）24種酚酸在三個比較組中的上調下調關系 （D）5種共有酚酸在不同發育階段相對含量的Log2值。
3. 基於GO和KEGG註釋分析，鑒定到36個富集酚酸生物合成途徑的結構基因，包括4個 CsPALs 、2個 CsC4Hs 、6個 Cs4CLs 、8個 CsCSEs 、8個 CsCOMTs 和8個 CsHSTs （圖3）。利用熱圖分析了這36個結構基因的相對表達水平，發現其中有4個家族（ CsPAL 、 Cs4CL 、 CsCOMT 和 CsCSE ）中的8個結構基因（ 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 ）的相對表達水平與ct和cj中總酚酸含量變化趨勢一致，這些結構基因可能是影響不同砧木嫁接後紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成的關鍵基因。
圖3 兩種砧木嫁接後紐荷爾臍橙果皮中酚酸的生物合成途徑和結構基因熱圖
4. 對所有差異轉錄因子分析發現， AP2/ERF-ERF 和 MYB 是不同比較組中差異轉錄因子中數量最多的兩個家族。進一步對差異酚酸和差異轉錄因子進行共表達分析鑒定到了可能參與不同砧木嫁接後紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成的轉錄因子（圖4）。結果表明 AP2/ERF-ERF 和 MYB 家族可能參與了不同砧木嫁接後紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成。
圖4 差異酚酸與轉錄因子的共表達網絡分析與兩種砧木嫁接後紐荷爾臍橙果皮中酚酸生物合成的假設模型
論文連結：https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112461
熊博
第一作者
博士，碩士生導師，園藝學院教學科研基地辦公室主任。以第一作者（含共同）在【Scientia Horticulturae】【Frontiers in Plant Science】【Journal of Food Composition and Analysis】【Horticulturae】等刊物上發表學術論文19篇，其中Top期刊論文6篇。獲四川省科技進步獎二等獎2項，獲得國家發明專利3件，參與選育果樹審定品種2個，參編出版果樹專著1部、地方專業誌書1部。擔任四川省科技下鄉萬裏行專家服務團首席專家，重慶市科技特派員，巴中市科技特派員，中國優質臍橙研究中心專家。
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李琴
共同第一作者
四川農業大學園藝學院2021級農藝與種業碩士研究生，主要研究方向為晚熟柑橘優質高效栽培，以第一作者（含共同）在SCI期刊上發表論文5篇。
Email: [email protected]
汪誌輝
通訊作者
博士，教授，博士生導師，四川農業大學園藝學院院長，四川省學術與技術帶頭人。主要從事果樹優質高效栽培理論與技術，園藝植物有機栽培理論與技術，設施園藝方面的教學和科研工作。主持國家重點研發計劃等科研專案（課題）7項，省市級及橫向合作專案60余項。近年來，在【Frontiers in Plant Science】【BMC Genomics】【Scientia Horticulturae】【Environmental Monitoring and Assessment】等刊物上發表學術論文170余篇。主持選育果樹審定品種3個，主持國家發明專利3件，主持獲得四川省科技進步二等獎2項。擔任農業農村部重大技術協同推廣（四川晚熟柑桔）首席專家，四川省水果創新團隊李栽培崗位專家、「十四五」育種公關團隊專家、現代農業「10+3」產業「川果」科技特派員服務團團長、科技扶貧萬裏行首席專家、專家服務團專家、「三區」科技人才，蒲江國家現代農業園區首席科學家。中國柑桔學會常務理事、中國園藝學會梨分會第三屆理事會理事、中國農業工程學會設施園藝工程專業委員會第九屆專委會委員、中國農業技術推廣協會會員、四川省農村專業技術協會常務理事。
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