| 主题 | γ-氨基丁酸通过抑制淀粉和细胞壁降解延缓猕猴桃采后软化 | ||
| 题目 | γ-Aminobutyric acid delays fruit softening in postharvest kiwifruit by inhibiting starch and cell wall degradation | ||
| 期刊 | Postharvest Biology and Technology | ||
中科院 分区 | 1区 | 影响因子 | 6.4 |
| 第一作者 | Weiwei Yan | 通讯作者 | Wei Chen,Zhenfeng Yang |
| 单位 | College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China | ||
| 原文链接 | https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2024.112916 | ||
猕猴桃（Actinidia Chinensis Planch）因其丰富且均衡的营养成分、较强的抗氧化特性以及清除体内自由基的能力而被称为“水果之王”，因此深受消费者青睐。猕猴桃果实采后成熟衰老是果实发育的最后阶段，一旦乙烯开始释放，淀粉迅速降解为可溶性糖是猕猴桃果实发育的最大特点。同时，细胞壁破裂，芳香族化合物（如醇、酯和醛）水平升高，导致果实软化，但不改变猕猴桃的外观。若没有适当的控制，这一过程可能会导致水果过快软化和变质。此外，伴生物质的变化在决定猕猴桃采后货架期方面起着关键作用。近年来，各种采后处理，包括1-甲基环丙烯和脱落酸，已被用来延长猕猴桃的采后货架期。
果实软化是一个不可逆转的过程，淀粉的降解在这一过程中起着关键作用。此外，淀粉降解是淀粉类水果成熟的关键因素，这一过程受到各种酶的影响。另一方面，果实质地的改变与细胞壁组织成分的变化有着错综复杂的联系。果胶、纤维素和半纤维素是果实细胞壁的重要组成部分，它们的分解会导致果实内部结构的变化，影响其软化。果胶是结构变化最大且最易分解的多糖，纤维素和基质多糖在维持细胞壁的结构稳定性方面发挥着关键作用。编码修饰细胞壁酶的基因转录本的表达水平与果实软化过程密切相关。
γ-氨基丁酸（GABA）最早在马铃薯块茎中发现，现在广泛分布于动物、植物和微生物中。在过去十年中，GABA在植物生长、果实品质和对非生物胁迫的耐受性等方面的作用受到了广泛关注。近期研究表明，生物和非生物胁迫都可以提高GABA的含量，证明了其在提高收获后质量和减轻冷害以及真菌/细菌诱导的水果和蔬菜腐烂方面的有效性。结果表明，外源GABA作为一种生物刺激剂应用于园艺商品的采后贮藏是一种很有前途的策略。然而，将GABA应用于猕猴桃采后软化的研究报道较少。
3.1 GABA处理对猕猴桃硬度的影响
未经处理的猕猴桃果实硬度在贮藏过程中逐渐下降，贮藏40 d后，GABA处理显著抑制了果实硬度的下降。贮藏结束时，处理后的猕猴桃硬度比对照组高4.8 N（图1）。
图1 GABA处理和对照果实在0℃下储存100 d期间果实硬度的变化(*P<0.05; **P<0.01， ***P<0.001)
3.2 GABA处理对猕猴桃淀粉含量的影响
在贮藏过程中，未处理和处理后的猕猴桃淀粉含量变化相似。在整个贮藏过程中，GABA处理显著保持了冷藏猕猴桃中较高的淀粉含量（图2）。
3.3 GABA处理对猕猴桃淀粉降解相关基因表达的影响
在未处理的果实中，AcGWD的表达呈先上升后下降的趋势，而AcPWD和AcAMY3的转录丰度则逐渐下降，并在贮藏后期趋于稳定。GABA在第40 d和第60 d下调AcGWD的表达，在前60 d抑制AcPWD的转录，在第20 d和第60 d观察到较低的AcAMY3表达。此外，GABA处理在整个贮藏过程中下调了AcBAM1、AcBAM2、AcBAM3和AcBAM4的表达，在第20、80和100 d时下调了AcBAM5的表达。在未处理和处理后果实中AcISA的表达无显著差异。在贮藏过程中，AcLDA2和AcPHS的转录丰度逐渐降低，GABA处理在第20和80 d显著下调AcLDA2，在储存40 d后AcPHS显著下调。AcDPE2、AcLSF1和AcSEX1在两组中的转录水平均呈先升后降的趋势。除第100 d外，GABA在整个贮藏过程中均抑制AcDPE2的表达。在整个贮藏过程中，除第60 d外，AcLSF1和AcSEX1在整个贮藏过程中都有较低的转录水平（图3）。
3.4 GABA处理对猕猴桃细胞壁组成的影响
细胞壁材料（CWM）含量在整个贮藏过程中降低，GABA处理抑制了CWM（图4A）。相反，猕猴桃的WSP含量在整个贮藏过程中增加，GABA处理显著抑制了这种积累（图4B）。经处理和未处理猕猴桃果实的CSP含量在贮藏过程中均呈波动下降趋势，与对照组相比，经处理的猕猴桃在贮藏期间保持较高的CSP水平（图4C）。然而，NSP含量在贮藏过程中略有降解，GABA处理有效抑制了NSP含量（图4D）。与NSP的变化类似，未经处理的猕猴桃半纤维素和纤维素含量也持续下降，但处理后可以在整个贮藏过程中保持较高的半纤维素和纤维素水平（图4E和F）。
3.5 GABA处理对猕猴桃细胞壁降解相关基因表达的影响
在贮藏过程中经处理和未处理猕猴桃中PE和PG的表达均呈下降趋势，在贮藏40 d后GABA处理显著下调了这两个基因的表达。AcBGAL1转录本丰度在贮藏前20 d下降，此后增加。在第80 d和第100 d，GABA下调其表达。AcBGAL2的转录丰度在贮藏前40 d显著下降，在之后的贮藏中增加，GABA处理在第40、80和100 d可以观察到转录水平显著降低。在贮藏过程中，AcAGAL3的转录水平逐渐下降，在贮藏80 d后，AcAGAL3在经处理后的果实中的表达水平较低。在贮藏的前20 d，AcXTH15的表达急剧下降，然后保持不变，而GABA仅在第60 d下调其表达。对照果实中AcXTH30和AcXTH32的转录丰度呈先上升后下降的趋势，GABA在整个贮藏过程中抑制了AcXTH30的表达，但在贮藏第20 d和40 d时，AcXTH32的转录丰度较低。在处理后的果实中AcXLT2在贮藏过程中降低，而GABA在整个贮藏过程中，除第100 d外，其转录下调。在对照果实中，AcXYL、AcEG、AcEXPA1/8的转录丰度在贮藏过程中逐渐增加，而AcXYL的表达仅在处理后第20 d显著降低。但在贮藏40 d后，GABA下调了AcEG和AcEXPA1的表达。此外，在贮藏60 d后，处理后的果实中可以发现较低的AcEXPA8转录（图5）。
硬度是果实软化的重要指标。近年来，GABA处理已被广泛用于维持各种园艺作物的果实硬度，从而延缓果实软化。本研究表明，GABA处理抑制了冷藏猕猴桃果实硬度的下降（图1），表明GABA可以通过保持猕猴桃果实硬度来延缓果实软化。
果实软化初期的主要转化是淀粉降解为可溶性糖。在本研究中，GABA处理提高了猕猴桃的淀粉含量（图2），表明GABA处理有效延缓了淀粉降解为可溶性糖，从而保持了果实的硬度，影响了采后猕猴桃的品质。
研究表明，淀粉降解最初源于淀粉颗粒的水解。本研究发现GABA处理下调了参与猕猴桃淀粉降解的关键基因如AcGWD、AcPWD、AcBAMS、AcPHS和AcLSF1的表达水平，从而抑制淀粉向可溶性糖的转化，导致处理后的猕猴桃淀粉含量较高。
细胞壁分解是果实软化第二阶段的主要诱因。本研究表明，GABA处理阻止了CWM的下降（图4）。果实软化是由于细胞壁解体、细胞间粘附和细胞壁强度降低引起的，主要归因于果胶溶解和半纤维素多糖解聚。在本研究中，GABA处理降低了WSP的水平（图4）。另一方面，NSP具有热稳定性和高酯化的特点，同时，半纤维素和纤维素分解破坏了细胞壁基质中形成的网状结构。在本研究中，与对照组相比，经GABA处理的猕猴桃表现出更高水平的CSP、NSP、半纤维素和纤维素（图4）。
果实软化过程中细胞壁成分的分解是由多种降解细胞壁的酶协同作用引起的。研究发现在贮藏过程中，经GABA处理的猕猴桃中AcPE和AcPG基因水平降低，导致WSP含量降低。此外，GABA处理组猕猴桃AcBGAL1、AcBGAL2和AcAGAL3的转录丰度均低于对照组，说明GABA可能通过抑制β-Gal基因的表达来抑制果胶分解。
此外，除了相关果胶降解酶对细胞聚合物的特定改变外，一些研究还强调了半纤维素代谢（特别是木聚糖代谢）与果实硬度之间的重要联系。在本研究中发现GABA下调了猕猴桃AcXLT2、AcXTHs、AcXYL和AcEG基因的表达（图5），有助于提高半纤维素和纤维素的水平。GABA处理的猕猴桃中AcEXPA1和AcEXPA8的表达较低，表明GABA处理维持果实硬度也与编码延伸蛋白酶的基因有关（图5）。总体而言，根据本文研究，随着贮藏的进行，GABA处理下调了多个细胞壁降解基因的转录水平，这是延迟软化的主要原因。
综上所述，GABA处理可能通过下调相关的淀粉降解基因和细胞壁代谢基因来抑制“红阳”猕猴桃果实WSP含量的上升，维持淀粉、CSP、NSP、半纤维素和纤维素的水平，从而有效延缓了“红阳”猕猴桃贮藏过程中的软化。总之，GABA可以通过调节淀粉和细胞壁的降解来延长猕猴桃的贮藏时间。然而，进一步的研究对于阐明GABA影响猕猴桃软化的确切机制和确定直接参与调控猕猴桃采后淀粉和细胞壁降解的特定因素是至关重要的。
本文图表均来自本文献
文献解读：赵婧如
编辑：赵婧如
校稿：赵沁雨
审核：马婷婷
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