檸檬醛是一種單萜烯，天然存在于山蒼子、香茅和柑橘皮的揮發(fā)油中，可以增強(qiáng)柑橘果實采收后的抗病性，減少指狀青霉引起的果實腐爛。為了闡明抗病性增強(qiáng)的防御機(jī)制，該研究利用RNA-seq、代謝組學(xué)和生化分析對檸檬醛處理后果實的整體變化進(jìn)行了分析。

2023年10月，湘潭大學(xué)陶能國團(tuán)隊在Postharvest Biology and Technology（IF=7.0）上發(fā)表了題為“Citral enhances disease resistance in postharvest citrus fruit through inducing jasmonic acid pathway and accumulating phenylpropanoid compounds”的研究文章。研究人員發(fā)現(xiàn)檸檬醛熏蒸對柑桔綠霉病有較好的防治效果，檸檬醛增加了苯丙氨酸氨解酶、過氧化物酶和多酚氧化酶的活性，增加了總酚、類黃酮和木質(zhì)素的含量。代謝組學(xué)表明，檸檬醛處理引發(fā)了植物激素茉莉酸甲酯、脫落酸和吲哚乙酸的積累，以及許多苯丙素代謝產(chǎn)物，確定了茉莉酸（JA）途徑積極參與了檸檬醛誘導(dǎo)柑橘果實抗病的過程。該研究成果中拜譜生物為其提供非靶代謝組學(xué)服務(wù)，這些結(jié)果為檸檬醛熏蒸處理采摘后柑橘類水果的抗病性提供了新的理論支持。

文章名稱：Citral enhances disease resistance in postharvest citrus fruit through inducing jasmonic acid pathway and accumulating phenylpropanoid compounds（Postharvest Biology and Technology，IF=7.0，2023.10）

期刊：Postharvest Biology and Technology

影響因子：7.0

客戶單位：湘潭大學(xué)

研究材料：宮川柑橘

分組信息：四個濃度的檸檬醛組

拜譜提供技術(shù)：非靶代謝組學(xué)

01.思路流程圖

02.研究結(jié)果

為了全面了解經(jīng)檸檬醛處理的柑橘果皮的代謝物變化，對測試和對照樣品中的果皮進(jìn)行了非靶向代謝組學(xué)分析。偏最小二乘判別分析(PLS-DA)結(jié)果表明代謝物模型具有良好的再現(xiàn)性?？偣茶b定出308個差異積累代謝物。分層聚類熱圖顯示了檸檬醛處理組和未處理組之間不同的代謝模式(圖1A)。這些差異代謝去可分為12類，主要為器官雜環(huán)化合物、苯丙類化合物和脂類化合物(圖1B)，分別占總差異代謝物的21.80%、21.05%和15.79%。這些差異代謝物主要分為-丙氨酸代謝、嘧啶代謝、ABC轉(zhuǎn)運蛋白、類黃酮生物合成、泛酸和輔酶a生物合成、植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、苯丙素生物合成、黃酮和黃酮醇生物合成(圖1C)。其中，苯丙素、類黃酮、植物激素、黃酮和黃酮醇與果實抗性增強(qiáng)密切相關(guān)。

圖1|檸檬醛處理柑橘果實代謝組學(xué)分析。(A)樣品代謝物的聚類分析。(B)餅狀圖描繪了對照組和檸檬醛處理組之間不同表達(dá)代謝物dem的生化分類。(C)代謝途徑富集分析氣泡圖。

在參與植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的差異代謝物中，經(jīng)檸檬醛處理后，亞麻酸、脫落酸、吲哚-3-丁酸、吲哚乙酸、茉莉酸甲酯（MeJA）的含量迅速增加(圖2)。特別是用檸檬醛處理后果皮中MeJA的相對量比對照組高9.86倍。當(dāng)我們使用酶標(biāo)儀分析檸檬醛處理樣品中MeJA和JA的含量時，MeJA的含量在整個儲存期間呈現(xiàn)雙峰。檸檬醛處理樣品的峰值在第1天和第3天升高，分別比對照樣品高14.0%和15.3%。3d的結(jié)果與代謝組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果一致，證明了該研究代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的可靠性。此外，與對照樣品相比，暴露于檸檬醛的水果增加了內(nèi)源茉莉酸（JA）的積累(圖3B)。

圖2|濃度為100 μL的檸檬醛處理柑橘果皮中關(guān)鍵植物激素和次生代謝物的差異積累。

圖3|100μL· L-1檸檬醛熏蒸柑橘果實酶活性和次生代謝物含量的變化。A: PAL活性;B: POD活性;C: PPO活性;D:總酚;E:總黃酮;F:木質(zhì)素含量。

(圖源：Duan B., et al., Postharvet Biology and Technology., 2023)

檸檬酸處理后果皮中次生代謝物的含量也有所增加。其中大部分是由苯丙素途徑產(chǎn)生的酚類物質(zhì)和類黃酮。研究者進(jìn)一步分析了檸檬醛處理樣品中可能對抗病性有貢獻(xiàn)的關(guān)鍵代謝物(圖4A)。在檸檬醛處理的柑橘果皮中，共鑒定出31種苯丙素相關(guān)代謝物。其中11種代謝物，即松柏苷、橙皮苷、柚皮苷、紫丁香苷、7-甲氧基黃酮醇、山奈酚-7-新橙皮苷、姜黃素、反式肉桂醛、肉桂醇、茶花苷和牡荊素-2- o -鼠李糖苷上調(diào)。值得注意的是，檸檬醛熏蒸顯著誘導(dǎo)紫丁香苷和橙皮苷的積累，其log2FC值分別達(dá)到11.11和8.95(圖4B)。這表明它們是增強(qiáng)抗病能力的潛在貢獻(xiàn)者。這些結(jié)果也暗示JA生物合成和苯丙素途徑可能參與了檸檬醛誘導(dǎo)柑橘果實抗性增強(qiáng)的過程。

圖4| (A)檸檬酸處理柑橘果實中參與苯丙素代謝的代謝物差異積累代謝途徑分析。(B)排名靠前的差異代謝物折疊變化條形圖。與對照組相比，數(shù)據(jù)以log2值表示。紅色表示增加，藍(lán)色表示減少

(圖源：Duan B., et al., Postharvest Biology and Technology., 2023)

03.拜譜生物小結(jié)

本研究表明，檸檬醛熏蒸對柑桔綠霉病有較好的防治效果。檸檬醛增加了苯丙氨酸氨解酶、過氧化物酶和多酚氧化酶的活性，隨后增加了總酚、類黃酮和木質(zhì)素的含量。代謝組學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，茉莉酸（JA）途徑積極參與了檸檬醛誘導(dǎo)柑橘果實抗病的過程，為檸檬醛熏蒸處理采摘后柑橘類水果的抗病性提供了新的理論支持。這一過程中拜譜生物提供了非靶向代謝組學(xué)技術(shù)服務(wù)，拜譜生物已研發(fā)完成并建立了完善成熟的轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)以及多組學(xué)聯(lián)合產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系，助力發(fā)表高分文獻(xiàn)，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：Bin Duan, Okwong Oketch Reymick, Zhaoguo Liu, Yun Zhou, Xin Wang, Zhao Feng, Nengguo Tao. Citral enhances disease resistance in postharvest citrus fruit through inducing jasmonic acid pathway and accumulating phenylpropanoid compounds. Postharvest Biology and Technology.2024 Volume;207:112633.doi：10.1016/j.postharvbio.2023.112633.