科学家揭示龙眼“退糖”分子机制，为提高果肉品质提供新方法
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麻省理工科技评论-科学家揭示龙眼“退糖”分子机制，为提高果肉品质提供新方法
提起春节必备美食，酸甜可口、营养丰富的龙眼必定榜上有名。作为一种亚热带水果，它原产于南亚，在印度西南部、斯里兰卡和中国南部等地都有种植。
一般来说，我们所食用的部分是新鲜龙眼的果肉，它还有另外一个名字叫假种皮。而它表现出的糖分积累，主要以蔗糖的形式存在。
龙眼和许多水果不同，其成熟与未成熟状态的果皮颜色差异不大，这给采收带来了难度。同时，一旦果肉完全成熟，含糖量和甜度就会降低，俗称“退糖”。
因此，为了提高龙眼果肉的品质和采收效率，探索果肉糖分下降的原因至关重要。
据介绍，在先前此类报道中，该领域的研究者通常从生理学和生物化学的角度出发，来分析果肉糖分下降的原因。
近期，来自广东省农业科学院果树研究所的研究团队，对其中的分子机制进行了研究，发现主要是蔗糖代谢和转运发挥的作用。
研究人员选取了在类似种植条件下生长的三株 10 年生石硖龙眼品种，并收集了 17 个处于不同发育阶段（开花后天数）的样品。同时，每个阶段都制备了四个生物重复样本，每个样本包括六个果实。
随后，课题组成员对这些样品组织进行了转录组和代谢组分析，鉴定出 873 种代谢产物和 26584 个注释的单基因。
然后，他们得出了如下几个结论。
首先，假种皮组织中糖含量的变化，与淀粉和蔗糖代谢相关的基因表达模式密切相关。
具体来说，糖酵解、三羧酸、发酵和能量代谢的上调，在石硖龙眼糖分下降的过程中发挥促进作用。并且，可溶性酸性转化酶也是导致龙眼糖分下降的重要因素。
与立冬本龙眼相比，赐合种龙眼的可溶性酸性转化酶活性较高、蔗糖磷酸合酶活性较低，而这可能是该品种龙眼蔗糖降解速度更快的直接原因。（编者注：石硖、立冬本和赐合种是不同的龙眼品种。）
其次，与糖分积累的阶段相比，糖酵解途径的基因表达、以及纤维素和木质素的含量，在糖分下降的阶段有所增加。
另外，除了龙眼果实发育过程中必然存在的呼吸消耗，蔗糖转运中断也是龙眼蔗糖含量突然下降的关键。
简而言之，糖酵解、纤维素和木质素的合成，以及蔗糖转运中断，是造成龙眼假种皮糖分下降的主要原因。
基于这一结果，该课题组构建了龙眼果肉糖分下降的调控模型。
在糖分积累阶段，由叶片合成的蔗糖会通过蔗糖转运蛋白转运至假种皮，并发生呼吸消耗；
接着，当假种皮中的蔗糖达到峰值水平后，会开始抑制蔗糖转运蛋白的表达，进而破坏蔗糖的正常转运过程；
而在产生的蔗糖代谢物中，一部分会被呼吸消耗，另一部分会用来合成纤维素和木质素，这些都会造成龙眼果肉的含糖量降低。
近日，相关论文以《糖运输中断和糖的持续消耗导致成熟的“石硖”龙眼果实的糖含量下降》（Disrupted sugar transport and continued sugar consumption lead to sugar decline in ripe ‘Shixia’ longan fruit）为题在 LWT - Food Science and Technology 上发表[1]。
广东省农业科学院果树研究所黄石连博士为该论文的第一作者，广东省农业科学院果树研究所郭栋梁副研究员担任该论文的通讯作者。
据了解，为了延缓龙眼果肉的糖分下降，提高果实品质，该领域的研究人员通常采用抑制呼吸消耗的手段。
比如，在龙眼果肉成熟期间，喷洒鱼藤酮、叠氮化钾、叠氮化钠等呼吸抑制剂。不过，这种方法会给人类和环境带来一定的危害。
如今，基于这项研究，该团队提供了一种通过调节糖转运而非抑制呼吸消耗，来延缓龙眼果肉含糖量下降的新方法。
在成熟的果实中，可以借助土壤杆菌的瞬时转化，来增加蔗糖转运蛋白或转录因子的表达。
或者将病毒诱导的基因沉默技术，用于沉默转录抑制因子的基因表达中，最终实现蔗糖转运蛋白的持续表达。让糖分持续输送到龙眼假种皮中，延缓糖分下降。
事实上，由于与龙眼果肉蔗糖转运蛋白相关的研究并不多，因此在该研究的基础上，该课题组计划继续研究其生物学功能，以及在退糖过程中发挥的作用。
参考资料：
1.S., Huang, X., Lv.et al. Disrupted sugar transport and continued sugar consumption lead to sugar decline in ripe ‘Shixia’ longan fruit. LWT-Food Science and Technology 191, 115620(2023). https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.115620
支持：大义
排版：朵克斯
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