项目文章 | 上海农科院林果所叶正文团队用iTRAQ蛋白质组学探究蟠桃果实内部褐变机制

2022-09-06 09:06:51, 多层组学定制服务 上海欧易生物医学科技有限公司



前言


“玉露”蟠桃为冷敏感型果实,长期的低温冷藏易使果实出现果肉褐变、絮败、糖酸比失调、芳香物质丧失等品质劣变症状,严重影响了果实的食用和商品价值,其中果肉褐变是制约桃果实流通及产业发展的重要瓶颈。气调贮藏(CA)可显著抑制果肉褐变,但作用机理仍需解析。


2022年7月,上海市农业科学院林木果树研究所叶正文团队在Plant Physiology and Biochemistry发表了题为 “Controlled atmosphere storage alleviates internal browning in flat peach fruit by regulating energy and sugar metabolisms ”的研究成果,基于iTRAQ蛋白质组学技术,发现气调贮藏(CA)可显著抑制蟠桃果实果肉褐变(IB)和能量损耗,增强果实的抗冷性,延长保鲜期。探讨能量代谢与果肉褐变作用机制,为解析桃果实抗低温逆境原理及贮藏保鲜和冷链物流技术的研发提供理论支撑。



基本信息


中文标题:气调贮藏调控能量和糖代谢延缓果实褐变的机理机制解析

研究对象:蟠桃果实

发表期刊:Plant Physiology and Biochemistry

影响因子:5.473

发表时间:2022年7月

运用组学技术:iTRAQ标记定量蛋白质组学(由鹿明生物提供技术支持)


研究背景


本研究以冷敏感型“玉露”蟠桃果实为试材,研究气调贮藏(3–3.5%氧气、3–3.5%二氧化碳和93–94%氮气)对果实褐变、糖含量和ATP、ADP、AMP及能荷的影响;基于iTRAQ蛋白质组学技术,对氧化磷酸化途径、糖酵解途径和蔗糖-淀粉途径代谢通路及关键蛋白进行研究,探讨能量代谢与果肉褐变作用机制。


技术流程


(点击图片查看大图)


研究结果


1、褐变(IB)指数
冷藏25+3d和30+3d,对照组果实的褐变指数分别为22.5% 和 90% ,气调贮藏可显著抑制果实褐变的发生。


图1 | CA贮藏对蟠桃果实IB指数的影响


2.糖含量

冷藏期间,CK果实的蔗糖、葡萄糖和果糖含量持续下降,气调贮藏可显著抑制冷藏和货架期间果实蔗糖、葡萄糖和果糖含量的降低,且显著高于对照组果实糖含量。


图2 | CA贮藏对冷藏和货架期间含量的影响

蔗糖(A)、果糖(B)、葡萄糖(C)和山梨醇(D)


3.ATP、ADP、AMP含量和能荷

冷藏期间,CK组果实ATP含量和能荷均呈急剧下降趋势,气调贮藏可显著抑制ATP含量和能荷的下降。CK组和气调贮藏组果实ADP含量呈先上升后下降的趋势,贮藏后期气调组果实ADP含量显著高于CK组果实;CK组和气调组果实AMP含量呈先下降后上升再下降的趋势,贮藏20-30d的气调组果实AMP含量显著高于CK组果实。货架第3d,气调组果实ATP和ADP含量及能荷均显著高于CK组果实。


图3 | CA贮藏对冷藏和货架期间的变化

ATP(A)、ADP(B)、AMP(C)含量和能荷(D)


4.冷藏和货架期间与能量代谢相关的DEPs的鉴定

33个差异表达蛋白与果实褐变和能量代谢相关。基于33个差异蛋白的变化,两个处理组和五个时间点的果品被聚为4类。类群Ⅰ包含冷藏0 d,15 d,20 d的对照组和气调组果实;类群Ⅱ包含冷藏30d的对照组果实;类群Ⅲ包含30+3 d的对照组果实;类群Ⅳ包含30d和30+3d的气调组果实。气调处理对贮藏后期果品的能荷及褐变调控作用较大,冷藏20-30d和30+3d为褐变调控的关键时间点(图 4)


33个差异蛋白分布在3个代谢途径,氧化磷酸化途径中M5XYZ4,M5WJV0,M5WMW6 等25个差异表达蛋白被调控;蔗糖-淀粉途径中M5VVU6、M5VWQ6等6个差异表达蛋白被调控;糖酵解途径中M5XC37 等6个差异表达蛋白被调控,其中4个差异表达蛋白为两个途径共有(图 4和表2)


五个关键贮藏时间点中,4633个可信蛋白和2253个差异表达蛋白被检测出。对照组果实差异蛋白表达量持续左移,气调贮藏的果实差异蛋白表达量持续上移,说明气调对差异蛋白的调控较明显(图5)。(对照组果实中有180个差异表达蛋白持续下调;140个差异表达蛋白持续上调;气调贮藏的果实中有112个差异表达蛋白持续下调,54个差异表达蛋白持续上调。)


冷藏15d,20d,30d及货架期间:对照组果实分别有34,92,374,440个差异表达蛋白;气调贮藏组果实分别有50,46,159,237个差异表达蛋白。对照组果实分别有13,1,64,123特异的差异表达蛋白;气调贮藏组果实分别有9,2,39,121特异的差异表达蛋白。整个期间,对照组果实有13个共有的差异表达蛋白;气调贮藏组果实有22个共有的差异表达蛋白。其中,33个差异表达蛋白与果实能量代谢和膜完整性相关(图4和6)


图4 | 热图

图5 | 差异蛋白的主成分分析

图6 | 能量代谢相关的差异表达蛋白数量


5.CA 贮藏对关键蛋白表达量及蛋白互作的影响

糖酵解、淀粉-蔗糖和氧化磷酸化途径三个代谢途径的33个差异表达蛋白呈复杂的互作关系,共同调控果实的褐变和能量代谢。其中,β-淀粉酶1,2、α-淀粉酶和蔗糖合成酶呈线性互作关系;氧化磷酸化途径中的25个差异表达蛋白呈复杂的线形和环形互作关系,其中磷酸果糖激酶1,2(PFK1,2)为氧化磷酸化途径和糖酵解途径共同拥有。气调贮藏通过调控丙酮酸脱羧酶1,2(PDC1, 2)、the V-type proton ATPase、β-淀粉酶1的表达量抑制软溶质桃果实褐变和能量损耗,PDC1, 2和β-淀粉酶可能是厌氧条件下能量供给的一种途径。


图7 | 蛋白互作图


附录:(文章中所提到的表1和表2)

(左右滑动查看)


研究讨论


该研究基于iTRAQ蛋白质组学技术,对氧化磷酸化途径、糖酵解途径和蔗糖-淀粉途径代谢通路及关键蛋白进行研究,探讨能量代谢与果肉褐变作用机制,这表明,蟠桃果实IB指数与ATP、AMP、蔗糖和果糖含量显著相关。CA贮藏可通过调控糖酵解/糖异生、淀粉-蔗糖和OPP代谢途径中的关键蛋白质的表达量而抑制果实褐变的发生及能量的损耗,较好地保持果实固有品质和风味,延长果实保鲜期。其中磷酸果糖激酶1,2(PFK1,2)为氧化磷酸化途径和糖酵解途径共同拥有。


气调贮藏通过调控丙酮酸脱羧酶1,2(PDC1, 2)、the V-type proton ATPase 、β-淀粉酶1的表达量抑制软溶质桃果实褐变和能量损耗,PDC1, 2和β-淀粉酶可能是厌氧条件下能量供给的一种途径。该研究成果为解析桃果实抗低温逆境原理及贮藏保鲜和冷链物流技术的研发提供理论支撑。


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END

房角石|撰文

小久|排版

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本文系鹿明生物原创

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