基于好看和營養(yǎng)的消費需求,創(chuàng)制富含花青苷的農產品正成為重要育種目標。然而,關于好看營養(yǎng)與風味品質之間是否存在遺傳交互機制并不清楚。理解上述品質之間的交互機制對于創(chuàng)制好看、好吃和營養(yǎng)健康的農產品具有重要意義。
近日,浙江大學果實品質生物學團隊張波教授在Cell Reports發(fā)表了題為“Multi-omics analysis unravels chemical roadmap and genetic basis for peach fruit aroma improvement”的研究論文,揭示了紅肉類型桃果實芳香品質丟失的分子機制,為培育品質“內外兼修”的完美果實提供了參考依據(jù)。
桃是具有重要商業(yè)價值的水果,年產量超過2400萬噸。然而,目前市場上富含花青苷的紅肉類型桃品種數(shù)量有限。為此,研究小組通過選取不同顏色果肉的桃作為親本,創(chuàng)制了182份雜交材料,其中80個為紅肉類型的桃果實,是目前已有文獻中數(shù)量最多的紅肉類型桃種質資源。組織70多人“品嘗小組”開展感官評價,發(fā)現(xiàn)紅肉類型與白肉類型桃果實的風味品質存在顯著差異。進一步結合代謝組學數(shù)據(jù),明確了影響消費者喜好的10多種風味物質。偏最小二乘法判別分析PLS-DA結果表明,芳香物質組分順-3-己烯酯和芳樟醇含量顯著減少,是引起紅肉桃果實香味丟失的主要物質基礎。
研究小組通過全基因組關聯(lián)分析GWAS鑒定出控制桃果實紅肉性狀和風味物質形成的關鍵遺傳位點。利用表達數(shù)量性狀位點eQTL分析方法,鑒別出474個功能性調控網絡GRNs,其中轉錄因子NAC主導GRN05控制桃果實的外觀和內在品質。GRN05網絡中的轉錄因子PpBL在紅肉類型桃果實中特異性表達,促進PpMYB10.1表達,激活下游結構基因表達,由此導致花青苷積累和紅色果肉形成;同時,PpBL抑制轉錄因子PpNAC1表達,抑制了順-3-己烯酯和芳樟醇的合成,由此導致紅肉類型桃果實的香味丟失。上述結果表明,轉錄因子PpBL在花青苷積累與芳香物質合成過程中具有重要調控作用。
桃果實紅肉性狀和芳香品質形成的調控模式圖
進一步分析市場上可獲得的紅肉類型桃果實,研究小組發(fā)現(xiàn)順-3-己烯酯和芳樟醇含量也顯著低于白肉類型桃。值得注意的是,芳樟醇和酯類芳香物質含量下降在紅肉類型的蘋果、葡萄、李和楊梅果實中具有保守性。由此,果實的花青苷積累和芳香物質形成之間存在交聯(lián)調控網絡。研究發(fā)現(xiàn)不僅揭示了果實外觀和內在品質形成的分子機制,也為果實品質改良提供了寶貴遺傳資源。
浙江大學曹香梅博士(現(xiàn)浙江農林大學副教授)、浙江大學博士研究生蘇奕柯和趙汀研究員為論文共同第一作者。江蘇省農科院張妤艷研究員和浙江大學張波教授為論文共同通訊作者。江蘇省農科院俞明亮研究員、新西蘭植物與食品研究所Andrew Allan院士、浙江大學Harry Klee院士、陳昆松教授和關雪瑩研究員為研究提供了幫助。研究工作得到浙江省自然科學基金重大項目、國家自然科學基金和111引智項目支持。