生理、转录组及代谢组分析揭示龙眼果皮颜色分化的机制

　　

龙眼（Dimocarpus longan Lour.）为重要亚热带果树，果皮色泽是影响商品价值的关键品质性状。目前关于龙眼红/白果皮形成机制的系统性研究仍较缺乏。本研究对成熟期的红皮龙眼（HLY）与白皮龙眼（BLY）果皮进行表型、代谢物（花青素靶向LC?MS/MS）、转录组及植物激素谱测定。结果显示，HLY果皮总花青素含量及CIE a值更高，BLY具更高L与b*值；靶向检测共鉴定51种花青素，HLY富集矢车菊素/飞燕草素衍生物，BLY富集原花青素（procyanidins）。转录组鉴定到29个差异表达的黄酮类结构基因；40种检测激素中有30种差异积累。DlFLS在HLY中显著高表达，于草莓中瞬时过表达可增强红色着色及花青素积累；蛋白三维结构预测结合酵母单杂交（Yeast one?hybrid）证实DlMYB12可结合DlFLS启动子。结果表明，龙眼果皮色泽差异由花青素组分差异、结构基因表达、激素信号及DlFLS介导的花青素促进共同调控，可为品质遗传改良提供理论依据。

论文解读——《Scientia Horticulturae》：Physiological, transcriptomic and metabolomic analyses reveal pericarp color divergence in longan（Haiji Qiu et al.）

该研究以广西大学种质资源圃中同一株6年生红皮龙眼（Dimocarpus longan Lour.）植株上分别结出的成熟红皮（HLY, red pericarp）与白皮（BLY, white pericarp）果实为材料，于花后90天（90 DAF, Days After Flowering）采样，整合生理色泽测定、花青素靶向代谢组、转录组（RNA?seq）及广谱植物激素组学（hormonomics），系统解析龙眼果皮红/白色泽分化的生理与分子机理，并锁定关键候选基因DlFLS及其上游转录因子DlMYB12进行功能验证。研究填补了龙眼白皮种质果皮呈色机制的研究空白，为高品质龙眼分子育种提供基因与代谢标记。

主要关键技术方法

研究人员以同源红皮株上自然发生的红皮（HLY）与白皮（BLY）龙眼成熟果皮为样本队列（n=3生物学重复），分别进行：①CIE Lab*色度测定与总花青素分光光度法定量；②UPLC?ESI?MS/MS靶向花青素代谢组学；③BGI?T7平台链特异性mRNA?seq转录组测序比对石硖（Shixia）参考基因组并DESeq2差异分析；④UPLC?ESI?MS/MS广谱植物激素组检测（7大类40种激素）；⑤DlFLS亚细胞定位（本氏烟草叶瞬侵）、系统进化树构建、草莓果实瞬时过表达验证表型及花青素含量；⑥DlFLS启动子顺式元件预测、AlphaFold3蛋白?DNA对接模拟及酵母单杂交（Y1H, Yeast one?hybrid）验证DlMYB12与DlFLS启动子互作。

研究结果

3.1. Phenotypic and anthocyanin components differences between red?pericarp and white?pericarp longan（红白皮龙眼表型及花青素组分差异）

HLY果皮深红、BLY浅褐黄；HLY总花青素显著更高，a值更高，BLY L与b*值更高。靶向代谢组检出51种花青素，HLY特有23种（富集矢车菊素cyanidin与飞燕草素delphinidin衍生物），BLY特有2种（富集原花青素procyanidin A2/B2等），PCA可明显分开两组样品。

3.2. Differential analysis of anthocyanin components between HLY and BLY（HLY与BLY花青素组分差异分析）

PLS?DA模型解释力良好（Q²_cum=0.976）。VIP>1的差异花青素共39种，HLY中多数cyanidin/delphinidin糖苷（如cyanidin?3?O?glucoside等）显著升高（P<0.001），BLY中原花青素B3、C1显著更高（P<0.001）。

3.3. Transcriptomic differences between HLY and BLY（HLY与BLY转录组差异）

转录组比对平均比对率85.94%，筛选出494个差异表达基因（DEGs, Differentially Expressed Genes；上调257，下调237）。上调DEGs显著富集黄酮/黄酮类生物合成过程（flavonoid biosynthetic process），下调DEGs富集光合相关条目；差异TFs（转录因子）共35个，含7个MYB、8个ERF等。

3.4. Hormone profiling and comparative analysis between HLY and BLY（HLY与BLY激素谱及比较分析）

检出7大类共40种激素代谢物，PCA明显分群。共有33种两品种共有，BLY独有4种（如Indole?3?lactic acid），HLY独有3种（如Salicylic acid）。

3.5. Analysis of hormone content differences between HLY and BLY（HLY与BLY激素含量差异分析）

30种激素差异积累：BLY中多数生长素（Auxin）前体及结合态（TRP, Indole, OxIAA, IAA?Asp等）、细胞分裂素（CK, Cytokinin；cZR, iPRMP等）、茉莉酸结合物（JA?Phe等）、赤霉素（GA₁, GA₅₃）显著更高；HLY中游离IAA、JA?Ile（jasmonoyl?isoleucine）、水杨酸（SA, Salicylic Acid）、乙烯前体ACC（1?aminocyclopropane?1?carboxylic acid）显著更高。

3.6. Characteristic and gene function for anthocyanin biosynthesis（花青素生物合成特征基因及功能）

注释29个花青素途径结构基因（PAL, C4H, 4CL, CHS, CHI, F3H, F3'H, FLS, DFR, ANS, ANR, LAR）。其中DlFLS（Flavonol Synthase，黄酮醇合成酶）在HLY中表达最高。系统进化树显示DlFLS与柑橘CsFLS1最近缘，亚细胞定位于细胞质与细胞核。草莓瞬时过表达DlFLS使果实红色加深，总花青素提高1.3倍，内源FaMYB10、FaF3H、FaDFR、FaUFGT上调。DlFLS启动子含MYB结合位点，AlphaFold3预测及Y1H证实DlMYB12（R2R3?MYB transcription factor）直接结合DlFLS启动子激活其转录。

讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究首次在龙眼上系统联用花青素代谢组、转录组与七大类激素组，发现HLY以cyanidin/delphinidin衍生物积累及黄酮途径基因上调为特征，BLY以原花青素积累及生长素/CK/GA偏高抑制呈色；HLY中存在黄酮合成与光合作用基因表达的资源分配权衡（metabolic trade?off）；激素拮抗?协同网络参与色泽调控，且龙眼具特有茉莉酸结合物分布模式。局限性为仅取成熟期单点，未做发育动态追踪。

结论翻译：红皮龙眼（HLY）果皮积累更多矢车菊素/飞燕草素衍生物，白皮龙眼（BLY）富集原花青素；转录组差异基因富集于花青素生物合成与光合作用相关通路，HLY中存在花青素合成与光合作用的代谢权衡；30种激素差异积累——BLY富集多数生长素、细胞分裂素、茉莉酸及赤霉素代谢物，HLY富集游离IAA、JA?Ile、水杨酸及ACC；DlFLS在HLY中高表达，草莓瞬时过表达证实其正调控花青素积累与红色着色；DlMYB12直接结合DlFLS启动子。龙眼果皮色泽分化由花青素差异积累、结构基因表达及激素信号共同调控。本研究为龙眼品质遗传改良提供了理论基础与基因资源。