短时采后缺氧通过调控香蕉颜色和细胞壁相关基因延缓果皮脱绿和硬度下降

《Applied Food Research》：Short-term postharvest anoxia delays peel degreening and firmness loss through regulation of color- and cell wall–related genes in banana

　　

短时缺氧（AnX）已成为延长呼吸跃变型果实采后品质的一种有前景的方法，但其在香蕉果皮成熟过程中的机制基础仍不清楚。本研究检查了8小时和16小时AnX处理对常温贮藏期间果皮颜色、硬度以及与发酵、乙烯生物合成、色素代谢和细胞壁修饰相关关键基因表达的影响。视觉和仪器分析表明，8小时AnX处理有效延缓了果皮脱绿和硬度下降，而16小时处理虽有益处但诱导了应激相关的转录响应。基因表达谱揭示，AnX抑制了MaADH1，同时立即显著上调MaADH2。乙烯生物合成基因MaACO的瞬时下调伴随着MaSGR和类胡萝卜素相关基因（MaPSY, MaPDS）表达降低，有助于延迟颜色转变。硬度保持与MaPG1和MaXTH表达降低相关，而MaGLC仅在长时间缺氧下显著上调。热图分析表明，AnX破坏了乙烯与下游成熟相关基因之间的典型协调，表明所分析基因之间的关联发生了改变。总体而言，研究结果表明，适度的AnX（8小时）通过调控乙烯依赖的基因调控有效延缓了香蕉果皮中与成熟相关的变化，为可持续采后管理提供了实践意义。

香蕉作为热带地区重要的农业商品，在成熟初期会经历果皮快速软化和颜色变化。果皮软化涉及中胶层和初生细胞壁结构的降解，其中多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶甲酯酶（PME）等关键酶修饰果胶多糖；果皮颜色从绿变黄则源于叶绿素降解与类胡萝卜素积累，滞留绿蛋白（SGR）调控叶绿素分解。短时缺氧（AnX）处理在菠萝、荔枝等采后果实中表现出延长品质的潜力，但AnX调控香蕉果皮成熟相关转录响应的机制仍不明确。此前研究多关注乙烯产量和酶活性等生理响应，本研究首次专门探讨不同时长AnX处理对香蕉果皮颜色、硬度及与发酵、乙烯生物合成、色素代谢和细胞壁修饰相关基因表达的影响，旨在揭示AnX延缓果皮成熟的分子基础。研究人员以Cavendish香蕉（Musa acuminata AAA）为材料，采用8小时和16小时AnX处理，在25°C贮藏8天，通过视觉评估、色差计（CIE L*a*b*和色调角）与流变仪（3mm探针）测定果皮颜色和硬度，并利用RT-qPCR分析11个目标基因的转录水平，结合Pearson相关热图探讨基因表达与性状的关系。研究得出：8小时AnX有效延缓果皮脱绿和硬度下降，通过抑制MaACO（乙烯生物合成关键基因）及其下游MaSGR、MaPSY、MaPDS（色素代谢基因）和MaPG1、MaXTH（细胞壁修饰基因）的表达，同时瞬时上调发酵基因MaADH2；16小时AnX虽部分延缓变化，但诱导MaGLC的延迟上调等应激响应，削弱保鲜效果。该发现证明了适度短时缺氧（8小时）可通过调控乙烯依赖基因调控网络延迟香蕉果皮成熟，为可持续采后管理提供了实践策略。论文发表在《Applied Food Research》。

主要关键技术方法包括：使用商业成熟绿香蕉（Cavendish，AAA，来自日本Unifrutti Japan Corporation），在密封腔室中通过氮气（N₂）气流实现缺氧处理（O₂浓度<0.5%），处理时长分别为0小时（对照）、8小时和16小时，随后在25°C贮藏8天。颜色测量使用色差计（Chroma Meter CR-5）获取L*、a*、b*和色调角；硬度测定使用流变仪（Compac-100II）以3mm不锈钢探针测量最大力（N）。基因表达分析通过果皮组织总RNA提取（Spectrum^TM Plant Total RNA Kit）、cDNA合成（PrimeScript^TM RT reagent Kit）和实时定量PCR（TB Green^? Premix Ex Taq^TM）进行，以内参基因MaActin标准化，采用2^?ΔΔCt法计算相对表达量，每个处理设5个生物学重复。统计分析采用完全随机设计，Two-way ANOVA评估差异显著性（P<0.05），并进行Pearson相关分析。

研究结果详述如下：
**3.1 短时缺氧处理后香蕉的视觉外观**：通过观察果皮颜色变化，发现贮藏第4天对照果实完全变黄，而8小时和16小时AnX处理果实仍保留绿色，特别是靠近果柄区域；第8天8小时AnX果实仍部分呈绿色，16小时果实完全变黄，且所有AnX处理果实未见褐变斑点，表明8小时AnX最有效延缓脱绿并抑制褐变。
**3.2 仪器颜色参数确认缺氧处理延缓果皮脱绿**：色差计数据证实，贮藏第4天对照果实a*值显著升高、色调角下降，而AnX处理果实a*值更低、色调角更高；第8天8小时AnX果实仍保持较低a*和较高色调角，与视觉结果一致，而16小时果实参数与对照组无显著差异。
**3.3 硬度保持对短时缺氧的响应**：流变仪测定显示，贮藏第4天对照果实硬度从27.33N降至16.24N（约59%初始值），而AnX处理果实硬度显著高于对照；第8天8小时AnX果实硬度为17.94N（66%初始值），对照仅5.11N（19%），16小时为6.00N（23%），证明8小时AnX显著抑制软化过程。
**3.4 与发酵、颜色发育和硬度调控相关的基因表达分析**：qPCR检测发现：
- **3.4.1 发酵和乙烯生物合成基因表达**：AnX处理立即抑制MaADH1（_P<0.05），而上调MaADH2约200倍（8小时尤为明显）；MaACO在16小时AnX后立即峰值，但贮藏后期8小时AnX维持最低表达水平，与延迟成熟一致。
- **3.4.2 色素代谢和果皮颜色相关基因表达**：AnX处理显著抑制MaSGR（叶绿素降解调控子）表达，8小时效果更持久；类胡萝卜素合成基因MaGGPS、MaPSY、MaPDS在AnX处理下表达降低，特别是8小时处理，与延迟变黄相符。
- **3.4.3 与硬度下降相关的细胞壁修饰基因表达**：MaPG1和MaXTH在对照果实中高表达并与硬度下降强相关，8小时AnX显著抑制两者表达，而MaPME变化不显著；MaGLC仅在16小时处理第8天延迟上调，表明其与硬度丧失关联较弱。
**3.5 相关性网络分析揭示处理依赖的成熟调控重组**：基于Pearson系数的热图显示，对照果实中MaACO与MaSGR、MaPSY、MaPDS、MaPG1、MaXTH呈强正相关，并与硬度负相关；8小时AnX处理减弱了这些关联，打破乙烯中心调控；16小时处理则引入MaGLC与硬度的新相关性，表明过长时间缺氧诱导应激相关转录重组。

总结讨论部分，研究人员指出，8小时AnX通过暂时抑制乙烯生物合成基因MaACO及其下游效应，解耦果实颜色与硬度变化，从而延长货架期而不引发明显应激反应；而16小时AnX虽抑制乙烯信号，但诱导MaGLC等替代响应部分抵消保鲜效果。本研究的局限性在于未直接测定色素含量、乙烯产量、发酵代谢物（乙醇、乙醛）及细胞壁修饰酶活性，且未评估果肉品质和感官特性，未来需结合代谢组与全果评估。研究结论翻译如下：
**4. 结论**
对Cavendish香蕉而言，8小时短时缺氧有效延缓了贮藏期间果皮脱绿和硬度损失，而16小时延长处理所提供的额外益处有限。8小时处理与果皮中乙烯相关基因、色素相关基因和细胞壁修饰基因表达降低相关联，这与所观察到的果皮成熟相关变化延迟一致。相反，延长缺氧处理与转录模式改变相关，包括MaGLC表达的延迟增加，这可能部分抵消了成熟延迟。总体而言，这些发现表明缺氧处理的效果强烈依赖于处理时长，适度的短时缺氧代表了保持香蕉果皮质量的一种潜在采后策略。