Postharvest Biol. Technol. (IF=6.8)｜華中農(nóng)大研究團(tuán)隊(duì)揭示鮮切茭白關(guān)鍵保鮮機(jī)制！

英文標(biāo)題：Comprehensive widely targeted metabolomics unveils the regulatory mechanisms of high-pressure CO2 in preserving fresh-cut water bamboo shoots (Zizania latifolia) quality

中文標(biāo)題：廣泛靶標(biāo)代謝組學(xué)揭示高壓CO2在保鮮鮮切茭白(Zizania latifolia)品質(zhì)中的調(diào)控機(jī)制

發(fā)表期刊：Postharvest Biology and Technology

影響因子：6.8

客戶單位：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)

百趣提供服務(wù)：PRM精準(zhǔn)植物廣靶

研究背景

茭白(Zizania latifolia)具有黃酮和膳食纖維等多種保健功效物質(zhì)，是中國(guó)廣泛種植的水生蔬菜之一。但其鮮切后極易發(fā)生木質(zhì)化和褐變，嚴(yán)重影響品質(zhì)與市場(chǎng)價(jià)值。傳統(tǒng)保鮮方法如化學(xué)處理或低溫儲(chǔ)藏效果有限，且缺乏機(jī)制層面的支撐。為此，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用高壓二氧化碳(HPCD)處理茭白，結(jié)合廣泛靶標(biāo)代謝組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)追蹤茭白(WBS)在處理前后10天內(nèi)的代謝變化，揭示HPCD延緩品質(zhì)劣變的分子機(jī)制。

研究結(jié)果

1.質(zhì)量屬性分析

貯藏10天后，HPCD處理顯著抑制茭白(WBS)的呼吸速率、電解質(zhì)外滲率和失重率，同時(shí)提高了可溶性固形物含量（圖1）。說(shuō)明HPCD處理可保持鮮切WBS的品質(zhì)。

圖1 貯藏過(guò)程中WBS的呼吸速率、電解質(zhì)外滲率、失重率和可溶性固形物的變化

2.代謝譜分析

利用廣泛靶標(biāo)代謝組共鑒定出743種代謝物，涵蓋黃酮、酚酸、糖類、氨基酸等多個(gè)類別（圖2A）。PCA分析顯示HPCD組與CK組顯著分離（圖2B），表明HPCD處理使鮮切WBS的代謝譜改變，對(duì)鮮切WBS的品質(zhì)具有保護(hù)作用。

圖2 WBS的代謝組學(xué)分析

3.篩選差異代謝物

在CK組和HPCD組的組內(nèi)對(duì)比中，上調(diào)代謝產(chǎn)物數(shù)量普遍多于下調(diào)，說(shuō)明隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，鮮切WBS中部分與木質(zhì)化或褐變相關(guān)的代謝通路被逐漸激活。而在兩組之間的橫向比較中（如HPCD-d10 vs CK-d10），上調(diào)代謝產(chǎn)物數(shù)量少于下調(diào)代謝產(chǎn)物數(shù)量，表明HPCD處理可能抑制了關(guān)鍵的生理代謝，延緩了品質(zhì)劣變的發(fā)生（圖3）。

圖3 各組比較中上調(diào)與下調(diào)差異代謝物數(shù)量統(tǒng)計(jì)

4.KEGG通路分析

CK組與HPCD組（CK-d10與CK-d0和HPCD-d10與HPCD-d0）主要富集通路為糖酵解、谷胱甘肽代謝和氨基酸代謝等與氧化應(yīng)激相關(guān)的核心通路（圖4A-B）。在處理組間的比較中，HPCD-d0與CK-d0（圖4C）差異通路較少，主要集中在糖類與基礎(chǔ)代謝；而HPCD-d10與CK-d10（圖4D）之間則顯示出更多涉及苯丙烷代謝、黃酮合成和谷胱甘肽代謝通路的顯著富集。

圖4 差異代謝物KEGG通路富集分析

5.六類關(guān)鍵差異代謝物的組間差異

HPCD處理顯著影響了WBS儲(chǔ)藏過(guò)程中的各類代謝物（圖5）。其中，黃酮類代謝物顯著上調(diào)，增強(qiáng)了抗氧化能力（圖5A）；芳香族氨基酸及其衍生物水平升高，為黃酮和酚酸類物質(zhì)提供了前體基礎(chǔ)（圖5B）。在酚酸與木脂素類代謝物中，咖啡酸、迷迭香酸等在HPCD組升高，但未進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素，表明HPCD處理可能抑制了木質(zhì)素的合成（圖5C）。此外，HPCD還顯著提升了核苷酸類化合物的水平，為貯藏期間的物質(zhì)合成提供能量支持（圖5D）。糖類代謝物變化顯著，可能通過(guò)增強(qiáng)糖酵解途徑為細(xì)胞抗逆反應(yīng)提供能量（圖5E）。部分脂質(zhì)及其衍生物在HPCD處理后上調(diào)，其可能通過(guò)抑制前列腺素I2和茉莉酸的合成，從而抑制了酚類代謝（圖5F）。

圖5 六類關(guān)鍵代謝物的熱圖展示

6.HPCD抑制WBS木質(zhì)化/褐變的潛在調(diào)控機(jī)制

鮮切操作會(huì)引發(fā)細(xì)胞膜磷脂氧化與水解，產(chǎn)生不飽和脂肪酸，這些脂肪酸進(jìn)一步合成信號(hào)分子如前列腺素I2和茉莉酸，誘導(dǎo)PAL等酶的表達(dá)，促進(jìn)酚類代謝物的從頭合成。這些酚類物質(zhì)可在PPO、POD等酶的作用下轉(zhuǎn)化為醌類中間體，最終聚合形成褐變產(chǎn)物；另一部分酚酸則被用于木質(zhì)素的生物合成，導(dǎo)致WBS木質(zhì)化，進(jìn)而加劇鮮切產(chǎn)品的褐變與木質(zhì)化現(xiàn)象。同時(shí)，糖代謝、糖酵解和TCA循環(huán)提供碳源和能量，也為黃酮等抗氧化物合成提供原料（圖6A）。HPCD處理激活糖代謝和TCA循環(huán)，增強(qiáng)能量供應(yīng)與抗氧化能力；同時(shí)抑制木質(zhì)素合成，抑制信號(hào)脂類的產(chǎn)生和PAL表達(dá)，降低酚類積累。通過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)控，有效延緩了鮮切WBS的木質(zhì)化與褐變（圖6B）。

圖6 鮮切WBS中主要生物合成途徑的變化(A)、HPCD處理對(duì)品質(zhì)調(diào)控的內(nèi)在機(jī)制(B)
 

研究結(jié)論

本研究表明，高壓CO2處理可有效減緩鮮切茭白在貯藏過(guò)程中的木質(zhì)化和褐變，保持其營(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)。廣泛靶標(biāo)代謝組分析顯示，HPCD可以促進(jìn)糖酵解與黃酮合成，增強(qiáng)抗氧化能力，是一種極具應(yīng)用前景的果蔬保鮮技術(shù)。

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END

張泉靈 撰文

Peng 校稿