Plant Physiology | 广西大学陈玲玲团队联合武汉大学鲁丽课题组揭示黄色和紫色百香果果实颜色和风味差异的遗传基础

以下文章来源于植物生理PlantPhysiol ，作者PP

近日，广西大学陈玲玲、宋佳明课题组联合武汉大学鲁丽课题组，韶关学院马崇坚课题组在Plant Physiology 在线发表了题为 “Integrative multi-omics profiling of passion fruit reveals the genetic basis for fruit color and aroma” 的研究论文，揭示了黄色和紫色百香果果实颜色和风味差异的遗传基础。该研究首先组装并获得了黄色百香果（YPF）韶黄和紫色百香果（PPF）紫花的高质量参考基因组，通过综合基因组变异、转录组和代谢组数据，揭示了这两种百香果果实颜色和风味差异方面的遗传基础。

百香果（Passiflora edulis）原产自南美洲，果肉具有酸甜口味和独特香气，广泛应用于果汁、甜点、冰淇淋等食品的制作。如今已经被引种到世界各地，尤其在我国热带和亚热带地区得到广泛种植和栽培。可食用百香果根据果实颜色分为黄色百香果和紫色百香果。与紫色百香果相比，黄色百香果的果肉橙黄色，味道更加酸甜。这两种不同类型的百香果风味和香气涉及多种次生代谢产物，以往的研究主要关注于揭示百香果的化学组成，但对于不同百香果之间挥发性化合物差异的遗传机制研究较为有限。因此挖掘挥发性代谢产物的关键基因并解析其遗传差异，对于百香果风味改良具有重要意义。

图1. 两种百香果基因组组装及注释概况

该研究首先对百香果成熟过程中的代谢物进行定性和定量分析，发现黄色百香果在成熟过程中，与风味、香气和颜色相关的代谢物明显积累或发生变化。与风味和香气相关的代谢物，如芳香族化合物、类胡萝卜素、酯、糖类、醇和萜类化合物等，以及与颜色相关的代谢物，如花青素和类黄酮等，在黄色百香果的成熟过程中逐渐积累。随后，通过综合分析基因组变异、差异表达基因和差异累积代谢物，研究人员揭示了影响黄色和紫色百香果果实颜色差异的相关基因和代谢通路，结果表明黄酮生物合成途径和花青素生物合成途径是影响百香果着色的关键因素。

图2.多组学数据分析揭示黄色和紫色百香果颜色差异的遗传基础

针对黄色和紫色百香果的风味差异，作者进一步研究了造成两种百香果风味差异的潜在机制。萜类化合物与水果风味特征之间存在密切关联，研究人员对两种百香果基因组中萜烯合酶（TPS）进行详细注释，并利用基因组和转录数据进行了比较分析，评估了两种百香果中TPS的结构和表达差异。通过在酵母中的异源表达，对两种百香果的12个TPS进行了功能表征，鉴定到了26个倍半萜和4个单萜产物，这些萜类化合物赋予百香果丰富的香气和风味。在12个TPS中，有些TPS在两种百香果中序列相同，且产生相同的萜烯化合物，表明这两种百香果在某些风味中存在共性。但另外一些TPS的同源基因序列在两种百香果存在差异，产生为不同的萜类化合物，可能是导致两种百香果风味和香气差异的主要原因。这项研究揭示了黄色和紫色百香果香气和风味独特特征的遗传和代谢基础，为深入解析百香果的基因组结构功能和加速百香果的遗传改良提供了资源。

图3. 黄色和紫色百香果风味相关TPS基因的生物和化学特性。

华中农业大学和广西大学联合培养的博士研究生郑宇宇、广西大学博士研究生陈琳华、范炳亮和武汉大学硕士研究生许珍妮为论文的共同第一作者，广西大学陈玲玲教授、宋佳明副教授、武汉大学鲁丽研究员和韶关学院马崇坚教授为该论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（32270712）、中国科协青年拔尖人才资助计划（2022QNRC001）和广西大学高层次人才启动基金等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiad640

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