近日，四川农业大学园艺学院果树种质创新与遗传改良团队在中科院一区TOP期刊《Food Chemistry》（IF=8.8）在线发表了题为“Comparative metabolomics profiling highlights unique color variation and bitter taste formation of Chinese cherry fruits”的研究论文，2020级博士研究生刘针杉为该论文的第一作者，果树学系王小蓉教授和王燕博士为共同通讯作者，博士研究生王浩和张静以及汤浩茹教授、罗娅教授、张勇教授、陈清教授和何文博士参与了该研究工作。
中国樱桃[Cerasus pseudocerasus (Lindl.) G.Don]是原产我国的特色核果类果树之一，已有3000余年的栽培历史，其果实颜色丰富，风味浓郁，深受消费者喜爱。基于多年实地考察和人工杂交育种，课题组在田间资源圃保存2000余份地方种质和杂交后代种质。中国樱桃果实表型丰富，果实颜色呈现出由黄色到红色再到紫红色和黑紫色的一系列变异，果实风味表现甜、甜酸、酸甜和酸等不同特征，个别单株果实带苦味。解析樱桃果实色泽和苦味特征代谢物及其形成规律，对明晰果实色泽和风味物质调控网络及其遗传改良具有重要意义。
本研究在连续多年樱桃地方种质和杂交后代田间调查和比较评价基础上，从中选取代表中国樱桃果实颜色及苦味特征的11份种质果实为材料，采用广泛靶向代谢组学方法，解析了中国樱桃果实的代谢物组成，鉴定到不同品系果实的特征代谢产物，挖掘出果实丰富的颜色变异和苦味特征的代谢物质基础。研究结果为后续中国樱桃果实重要经济性状定位和基因发掘奠定了工作基础。
研究亮点
1. 筛选获得由10个特征代谢物组成的特异性标记，可用于鉴定不同中国樱桃品系。
2. 中国樱桃果实的颜色变异（由黄色到黑紫色）由26种花青素苷和原花色素共同决定，其中矢车菊素（Cyanidin）起主导作用。
3. 柠檬黄素-7-O-葡萄糖苷（limocitrin-7-O-glucoside）及其他八种化合物可能导致中国樱桃果实产生苦味。
研究结论
1. 在11份中国樱桃果实中，共鉴定出12个大类1439种代谢物（图1），主要包含氨基酸及其衍生物（17.16%）、黄酮类化合物（16.75%）、酚酸类化合物（15.36%）等。中国樱桃果实富含种类丰富的黄酮醇化合物，主要包括24种山奈酚化合物和19种槲皮素化合物。总体而言，果实代谢物多富集于脂肪酸、类黄酮和类胡萝卜素等生物合成途径中。基于ROC曲线分析方法，本研究筛选获得了不同中国樱桃果实的特征代谢物。特征代谢产物可组合应用为代谢物标记，为中国樱桃特色品系的种质鉴定提供新的方法。
图1 中国樱桃果实表型及代谢特征总概
2. 中国樱桃果实中共鉴定出26种花青素和7种原花青素，在不同颜色果实中的积累和分布差异显著。矢车菊素化合物含量在不同颜色果实花青素总量中的占比均高于50%（图2）。就花色苷的相对含量而言，深色（红色、紫红色和黑紫色）果实是黄色果实的2.44~54.44倍，但黄色果实的原花青素含量较深色果实高出2.17~5.14倍。结果表明，26种花青素共同决定中国樱桃果实的颜色，其中矢车菊素起着主导作用。进一步比较黄色和黑紫色果实，差异丰度得分反映出最显著的差异物质富集在花青素苷生物合成途径。自二氢槲皮素代谢开始，花色苷合成通路自上而下的物质在黑紫色果实中逐渐高积累，而原花青素合成通路自上而下的物质在黄色果实中逐渐高积累（图3）。
图2 不同颜色中国樱桃果实中花青素和原花青素的积累与分布
图3 极端果色（黄色和黑紫色）果实的花色苷生物合成通路分析
3. 本研究分别对两份带苦味的果实（HP1616：HF×PJHH；HN757：HF×NZH）与9份无苦味的果实进行比较分析，发现柠檬苦素-7-O-葡萄糖苷（limocitrin-7-O-glucoside）在两个遗传背景不同的苦味材料中均显著高积累（图4）。此外，8个物质如Phe-Gly、Nicotinic acid N-oxide等分别在HP1616或HN757果实中显著高积累。结果表明，这9个化合物可能是中国樱桃果实产生苦味的原因。
图4 中国樱桃果实苦味物质的挖掘及其特征
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.138072
作者简介
刘针杉
第一作者
四川农业大学园艺学院2020级果树学博士研究生，研究方向为果树种质资源与遗传育种。主持四川省科技厅苗子工程项目1项，以第一作者及共同第一作者发表论文5篇，授权国家发明专利1件。
E-mail: l33yona@163.com
王小蓉
通讯作者
博士，教授，博士生导师，研究方向为果树种质资源与遗传育种。樱桃资源四川省科技资源共享服务平台主任，带领团队建设的四川省樱桃、柑橘种质资源圃入选四川省首批农作物种质资源保护单位，担任2023年农业农村部农业重大技术协同推广计划—四川特色经济作物项目技术首席。先后主持国家自然科学基金面上项目、果树种质创新与遗传改良四川省青年科技创新研究团队专项、四川天府成都直管区“天府英才计划”个人专项等项目30余项。
E-mail: wangxr@sicau.edu.cn
王燕
共同通讯作者
博士，讲师，硕士生导师，研究方向为果树种质资源与遗传育种。主持四川省自然科学基金面上项目、四川省国际科技创新合作、四川省教育厅重点项目等5项，主研国家自然科学基金面上项目、四川省青年科技创新研究团队、樱桃资源四川省科技资源共享服务平台等项目10余项。以第一作者或共同通讯作者在《Horticulture Research》、《Food Chemistry》、《Scientia Horticulturae》、《BMC Plant Biology》和《园艺学报》等期刊上发表研究论文20余篇。
E-mail: wangyanwxy@sicau.edu.cn
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