近日,我校园艺园林学院小浆果团队分别在知名期刊《Food Chemistry》(IF=9.8,中科院1区Top期刊)、《Postharvest Biology and Technology》(IF=6.8,中科院1区Top期刊)、《BMC Plant Biology》(IF=4.8,中科院2区TOP期刊)、《Plant and Soil》(IF=4.1,中科院2区期刊)发表研究论文。
《FoodChemistry》在线发表题为“Responses of sugar metabolism to nitrogen fertilization inLonicera caerulea: insights from integrated targeted metabolomics, transcriptomics, and molecular docking”的论文。研究发现不同蓝靛果品种间糖酸存在显著遗传差异,氮素可影响蓝靛果糖分积累,研究结果不仅为蓝靛果果实品质改良和高品质品种选育提供了理论依据,也为优化施氮管理、提升果实甜度及风味品质提供了重要参考,同时对果汁加工和功能食品开发等领域具有潜在应用价值。

可溶性固形物含量在果实成熟过程中逐渐升高,而酸度整体呈先升高后降低的趋势。靶向代谢组学分析共检测到26种糖类化合物,其中葡萄糖和果糖为蓝靛果中的主要糖类。研究发现,高氮处理下果实糖含量降低。同时,高氮条件下蔗糖和肌醇含量有所增加,而肌醇等糖醇类物质含量升高,可能与植物在高氮环境下的代谢调节和应激响应有关;转录组学分析结果显示,不同发育阶段及氮素处理之间存在明显的基因表达差异。通过加权基因共表达网络分析(WGCNA),鉴定出与糖代谢密切相关的基因模块;分子对接分析尿素与果糖-1,6-二磷酸醛缩酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的结合能力较弱,氮素对糖代谢的影响可能通过转录调控或代谢调节实现。

《Postharvest Biology and Technology》在线发表题为“Integrated physiological, metabolome and transcriptome date to reveal the regulatory effects of citral on postharvest blue honeysuckle fruit quality at different temperatures”的论文。研究表明柠檬醛熏蒸在常温和低温贮藏条件下均能有效保持果实品质。该研究为精准调控采后果实生理代谢提供了新思路,并为开发绿色、安全的采后保鲜技术提供了重要的理论依据和实践指导。

本研究通过整合生理、代谢组和转录组的数据揭示柠檬醛熏蒸在不同贮藏温度下对采后蓝靛果品质的调控效应。(i)柠檬醛有效减轻了氧化损伤和活性氧积累,同时增强了抗氧化酶活性。(ii)柠檬醛下调了脱落酸(ABA)合成相关基因的表达,进而导致ABA水平降低,这一效应被植物激素之间复杂的相互作用进一步放大。(iii)柠檬醛上调了苯丙烷和类黄酮生物合成途径中的基因,导致果实中类黄酮、花青素和总酚水平升高。(iv)LcbZIP44、LcERF098和LcARR9被鉴定为调控ABA和类黄酮合成的关键调控因子,从而影响果实品质。

《BMC Plant Biology》在线发表题为“Effects of exogenous melatonin on photosynthesis physiology biochemistry of blue honeysuckle seedlings under saline-alkali stress”的论文。研究表明,100μmol/L外源褪黑素可通过保护光合系统、优化抗氧化体系、调控渗透平衡及激活相关转录调控网络,有效缓解蓝靛果幼苗盐碱胁迫,结合转录组测序明确了关键分子机制,为寒地蓝靛果耐盐碱栽培提供理论与技术支撑。

我国寒地盐碱土地资源丰富,但盐碱胁迫严重制约蓝靛果的生长发育、产量形成及品质提升,成为限制其产业规模化发展的关键瓶颈。褪黑素作为一种重要的吲哚胺类激素,已被证实可增强多种作物的抗逆能力,但在蓝靛果耐盐碱胁迫中的调控机制尚未明确。研究核心发现,100μmol/L褪黑素为最优浓度,可通过多层面协同调控提升蓝靛果耐盐碱能力:一是保护光合系统完整性,通过提高PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、优化光能分配,缓解光抑制,维持稳定的碳同化效率;二是优化抗氧化防御体系,上调SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA、H₂O₂及O₂.⁻等活性氧积累,减轻细胞膜脂质过氧化损伤;三是调控渗透平衡,通过精准调控脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质的积累,减少代谢消耗,维持细胞稳态;研究通过转录组测序结合qRT-PCR验证,明确了盐碱胁迫下蓝靛果幼苗的差异表达基因(DEGs)特征,发现100μmol/L褪黑素可显著减少胁迫诱导的DEGs数量,使基因表达模式更接近正常生长状态。GO功能分析和KEGG通路富集分析显示,DEGs主要富集于植物激素信号转导、光合作用、谷胱甘肽代谢等核心通路,其中ARF基因上调、ABF基因下调介导的生长素与ABA激素平衡,以及WRKY22、NAC31等转录因子对抗氧化/渗透调节相关基因的靶向调控,是褪黑素缓解盐碱胁迫的关键分子机制。

《Plant and Soil》在线发表题为“Integration of physiomics, transcriptomics and metabolomics to study the detoxification mechanism of blue honeysuckle under cadmium stress”的论文,研究表明蓝靛果幼苗在镉胁迫下的生理,转录和代谢表现出多方面的抗性机制。研究结果为了解蓝靛果幼苗在镉胁迫下的分子机制提供了理论基础。

这项研究通过生理和组学分析揭示了镉胁迫下蓝靛果关键反应机制。Cd处理显著抑制了植物生长,并破坏了抗氧化系统和渗透调节物质的平衡。综合转录组学和代谢组学分析表明,差异基因主要富集在“植物信号转导”和“MAPK信号通路”中,而差异代谢物富集在谷胱甘肽代谢途径中。谷胱甘肽代谢途径中关键基因的上调(如pepA、OPLAH和GSR),增强了GSH的合成和再生能力,从而提高了植物的Cd耐受性。此外,苯丙类代谢途径中4CL和CCR基因的上调表达可能会促进木质素的积累并加强细胞壁结构。总之,蓝靛果幼苗通过激活包括“谷胱甘肽代谢”和“苯丙酮代谢”等关键途径建立了多层次的镉抗性机制,为木本植物的重金属抗性研究提供了新的见解。

东北农业大学在读博士研究生郭良川、赵雪莹、硕士研究生李淑贤、张维霞分别为论文的第一作者,霍俊伟教授和秦栋教授为论文共同通讯作者。这些研究获得“十四五”国家重点研发计划项目(2022YFD1600500)、国自然科学基金面上项目(32572948)、国家葡萄技术体系哈尔滨蓝靛果综合试验站(CARS-29-10)、黑龙江省自然科学基金联合基金重点项目(ZL2024C010)等课题的资助。
霍俊伟:二级教授,博士生导师,寒地小浆果开发利用国家地方联合工程研究中心主任,黑龙江省高层次和东农学者高层次人才,黑龙江省寒地浆果协同创新推广体系首席专家。主要从事蓝靛果、黑穗醋栗等寒地特色小浆果种质资源评价及高效栽培的研究,并长期致力于小浆果的成果转化及产业推广工作。开创性研究了蓝靛果的资源收集、保存、评价、育种、产业化工作,承担“十四五”国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目等课题20余项,在《Food Chemistry》、《Horticulture Research》、《Postharvest Biology and Technology》、《Food Research International》等期刊发表论文90余篇,其中SCI论文30余篇,主编、副主编著作8部,选育蓝靛果、黑穗醋栗新品种6个,获得黑龙江省科技进步二等奖3项。
秦栋:教授,博士生导师,现为东北农业大学园艺园林学院副院长,黑龙江省高层次人才,兼任寒地小浆果开发利用国家地方联合工程研究中心常务副主任,黑龙江省寒地浆果产业技术协同创新推广体系副首席兼主任岗位专家,黑龙江省小浆果种质创新与利用重点实验室主任。主要从事果实品质形成与调控、果树栽培生理及黑穗醋栗、蓝靛果资源评价及利用工作。承担“十四五”国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上和青年、黑龙江省自然科学基金联合重点基金等课题13项,在《Horticulture Research》、《Food Chemistry》《Postharvest Biology and Technology》、《LWT-Food Science and Technology》等期刊发表论文50余篇,获得蓝靛果植物新品种保护权和黑龙江省林木良种证各2项,制定地方标准4项,获得黑龙江省科技进步二等奖2项。
(供稿/园艺园林学院)