Plant Physiol | 浙江大学果实品质生物学团队发现通过调控苯甲醛代谢可以增强果实香气和抗性

学术 2024-08-31 11:53 北京

苯甲醛属于结构式简单的芳香醛，广泛存在于植物中，作为香精香料得到广泛使用。同时，苯甲醛还参与了植物对病原菌侵染的应答。苯甲醛可以通过肉桂酸形成，也可通过水解糖苷前体物质产生（BAld-H），然而代谢途径尚不完整。

近日，浙江大学果实品质生物学团队张波教授在Plant Physiology发表了题为“Glycoside hydrolase PpGH28BG1 modulates benzaldehyde metabolism and enhances fruit aroma and immune responses in peach”的研究论文，揭示了糖苷水解酶PpGH28BG1通过调控苯甲醛代谢增强果实香气和抗性的机制，为利用基因工程创制兼具“美味和抗性”的果实提供了案例。

该研究发现，BAld-H是桃果实挥发性化合物糖苷前体（VOCs-H）中含量最高的物质，是游离态苯甲醛含量的100多倍。通过采用转录组和代谢组联合分析的WGCNA分析方法，筛选到参与苯甲醛形成的糖苷水解酶候选基因。过量表达PpGH28BG1显著减少桃和番茄果实的BAld-H含量；沉默PpGH28BG1则显著促进了桃果实的BAld-H积累，但不影响其他VOCs-H含量。

为了探究PpGH28BG1的作用底物，对重组蛋白进行体外酶活检测。虽然已有报道显示扁桃苷、野黑樱苷和苯甲醇糖苷可通过水解作用形成苯甲醛，然而本研究发现PpGH28BG1不能以上述物质为底物形成苯甲醛。进一步研究发现，PpGH28BG1能够以桃果实的糖苷粗提物作为底物，通过识别并水解β-半乳糖苷进而产生苯甲醛。上述结果表明，果实中存在一个尚未鉴别的物质可作为苯甲醛形成的前体，研究发现丰富了苯甲醛的代谢途径（图1）。

图1. 桃PpGH28BG1通过水解具有β-半乳糖苷的前体物质形成苯甲醛

桃果实受到Monilinia fructicola侵染后发生褐腐病，伴随有PpGH28BG1表达水平增加，导致了BAld-H含量下降和SA积累，诱导了抗性相关基因表达。异源过表达PpGH28BG1的转基因番茄果实BAld-H含量显著下降，促进了SA积累，诱导了抗性相关基因表达，增强了果实的抗灰霉病能力（图2）。

图2. 转基因番茄果实的苯甲醛含量减少，水杨酸增加，抗灰霉病能力增强

值得注意的是，PpGH28BG1可以水解含有β-半乳糖苷的多聚半乳糖醛酸，改变果实细胞壁结构，促进软化，加速了果实苯甲醛和其他挥发性物质的释放。感官评价结果显示，56%的成员认为转基因番茄果实的香气强度更高，58%的成员更偏好于转基因番茄的风味。

综上所述，PpGH28BG1参与苯甲醛形成，通过促进水杨酸积累和抗性相关基因表达增强果实抗性。同时PpGH28BG1可以通过促进果实软化影响苯甲醛等挥发性物质的释放，增强了果实香气（图3）。

图3. 桃果实PpGH28BG1的生化和生物学作用模型

博士生蒋丹为论文第一作者，张波教授为通讯作者。该研究得到浙江省自然科学基金重大项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae423

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3ODY3MDM0NA==&mid=2247539168&idx=3&sn=382015ec05c6e5831ff4bb3ac7a83c72

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