Postharvest Biol Technol(IF=7.0)| 代谢组学解析柠檬醛增强柑橘类水果的抗病性

柠檬醛是一种单萜烯,天然存在于山苍子、香茅和柑橘皮的挥发油中,可以增强柑橘果实采收后的抗病性,减少指状青霉引起的果实腐烂。为了阐明抗病性增强的防御机制,该研究利用RNA-seq、代谢组学和生化分析对柠檬醛处理后果实的整体变化进行了分析。

2023年10月,湘潭大学陶能国团队Postharvest Biology and Technology(IF=7.0)上发表了题为“Citral enhances disease resistance in postharvest citrus fruit through inducing jasmonic acid pathway and accumulating phenylpropanoid compounds”的研究文章。研究人员发现柠檬醛熏蒸对柑桔绿霉病有较好的防治效果,柠檬醛增加了苯丙氨酸氨解酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,增加了总酚、类黄酮和木质素的含量。代谢组学表明,柠檬醛处理引发了植物激素茉莉酸甲酯、脱落酸和吲哚乙酸的积累,以及许多苯丙素代谢产物,确定了茉莉酸(JA)途径积极参与了柠檬醛诱导柑橘果实抗病的过程。该研究成果中拜谱生物为其提供非靶代谢组学服务,这些结果为柠檬醛熏蒸处理采摘后柑橘类水果的抗病性提供了新的理论支持。


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文章名称: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

影响因子:7.0

客户单位:湘潭大学

研究材料:宫川柑橘

分组信息:四个浓度的柠檬醛组 

拜谱提供技术:非靶代谢组学

01


思路流程图


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研究结果


为了全面了解经柠檬醛处理的柑橘果皮的代谢物变化,对测试和对照样品中的果皮进行了非靶向代谢组学分析。偏最小二乘判别分析(PLS-DA)结果表明代谢物模型具有良好的再现性。总共鉴定出308个差异积累代谢物。分层聚类热图显示了柠檬醛处理组和未处理组之间不同的代谢模式(图1A)。这些差异代谢去可分为12类,主要为器官杂环化合物、苯丙类化合物和脂类化合物(图1B),分别占总差异代谢物的21.80%、21.05%和15.79%。这些差异代谢物主要分为-丙氨酸代谢、嘧啶代谢、ABC转运蛋白、类黄酮生物合成、泛酸和辅酶a生物合成、植物激素信号转导、苯丙素生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成(图1C)。其中,苯丙素、类黄酮、植物激素、黄酮和黄酮醇与果实抗性增强密切相关。

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图1|柠檬醛处理柑橘果实代谢组学分析。(A)样品代谢物的聚类分析。(B)饼状图描绘了对照组和柠檬醛处理组之间不同表达代谢物dem的生化分类。(C)代谢途径富集分析气泡图。

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


在参与植物激素信号转导的差异代谢物中,经柠檬醛处理后,亚麻酸、脱落酸、吲哚-3-丁酸、吲哚乙酸、茉莉酸甲酯(MeJA)的含量迅速增加(图2)。特别是用柠檬醛处理后果皮中MeJA的相对量比对照组高9.86倍。当我们使用酶标仪分析柠檬醛处理样品中MeJA和JA的含量时,MeJA的含量在整个储存期间呈现双峰。柠檬醛处理样品的峰值在第1天和第3天升高,分别比对照样品高14.0%和15.3%。3d的结果与代谢组学数据结果一致,证明了该研究代谢组学数据的可靠性。此外,与对照样品相比,暴露于柠檬醛的水果增加了内源茉莉酸(JA)的积累(图3B)。

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图2|浓度为100 μL的柠檬醛处理柑橘果皮中关键植物激素和次生代谢物的差异积累。

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


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图3|100μL· L-1柠檬醛熏蒸柑橘果实酶活性和次生代谢物含量的变化。A: PAL活性;B: POD活性;C: PPO活性;D:总酚;E:总黄酮;F:木质素含量。

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


柠檬酸处理后果皮中次生代谢物的含量也有所增加。其中大部分是由苯丙素途径产生的酚类物质和类黄酮。研究者进一步分析了柠檬醛处理样品中可能对抗病性有贡献的关键代谢物(图4A)。在柠檬醛处理的柑橘果皮中,共鉴定出31种苯丙素相关代谢物。其中11种代谢物,即松柏苷、橙皮苷、柚皮苷、紫丁香苷、7-甲氧基黄酮醇、山奈酚-7-新橙皮苷、姜黄素、反式肉桂醛、肉桂醇、茶花苷和牡荆素-2- o -鼠李糖苷上调。值得注意的是,柠檬醛熏蒸显著诱导紫丁香苷和橙皮苷的积累,其log2FC值分别达到11.11和8.95(图4B)。这表明它们是增强抗病能力的潜在贡献者。这些结果也暗示JA生物合成和苯丙素途径可能参与了柠檬醛诱导柑橘果实抗性增强的过程。

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 图4| (A)柠檬酸处理柑橘果实中参与苯丙素代谢的代谢物差异积累代谢途径分析。(B)排名靠前的差异代谢物折叠变化条形图。与对照组相比,数据以log2值表示。红色表示增加,蓝色表示减少

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


03


拜谱小结


本研究表明,柠檬醛熏蒸对柑桔绿霉病有较好的防治效果。柠檬醛增加了苯丙氨酸氨解酶、过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,随后增加了总酚、类黄酮和木质素的含量。代谢组学结果发现,茉莉酸(JA)途径积极参与了柠檬醛诱导柑橘果实抗病的过程,为柠檬醛熏蒸处理采摘后柑橘类水果的抗病性提供了新的理论支持。这一过程中拜谱生物提供了非靶向代谢组学技术服务,拜谱生物已研发完成并建立了完善成熟的转录组学、蛋白组学、代谢组学以及多组学联合产品技术服务体系,助力发表高分文献,欢迎致电咨询!


参考文献: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.




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