《Frontiers in Plant Science》：Integrative transcriptomics and phenotyping uncover genetic networks controlling fruit quality in two strawberries (Fragaria × ananassa)
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本研究通过整合转录组学（RNA-seq）与表型分析，系统解析了硬肉型品种‘Monterey’与软肉高糖品种‘Three Princess’在五个关键发育阶段的果实品质形成机制。研究发现‘Three Princess’的快速软化与淀粉/蔗糖代谢途径及特异性多聚半乳糖醛酸酶（如Fxa1Ag102477）的早期激活相关，而‘Monterey’的硬度保持得益于NAC转录因子（如Fxa2Dg203497）的持续高表达。WGCNA分析鉴定出与硬度显著相关的共表达模块（如MElightsteelblue1正相关模块），揭示了细胞壁降解酶与其转录调控因子的阶段特异性互作网络。该研究为草莓果实品质改良的分子育种提供了关键靶点。
Integrative transcriptomics and phenotyping uncover genetic networks controlling fruit quality in two strawberries (Fragaria × ananassa)
1 Introduction
草莓（Fragaria × ananassa）作为全球重要的水果作物，其商业价值与消费者偏好主要取决于果实硬度与甜度两大品质性状。硬度直接影响采后保鲜期与运输韧性，而可溶性固形物（SSC）则决定果实甜度与风味。这些性状在果实发育与成熟过程中受遗传、代谢及环境因素的复杂调控。本研究选取硬度差异显著的两个品种——硬肉商业品种‘Monterey’与软肉高糖品种‘Three Princess’，通过整合表型数据与多阶段转录组分析，旨在解析其品质差异的分子基础。
2 Materials and methods
2.1 Plant materials and growth conditions
实验于2022年在吉林省农业科学院果树研究所的温室中进行。两个品种（‘Three Princess’为自育品种，‘Monterey’为美国引进品种）采用H型架式栽培，基质为黑土、泥炭、珍珠岩和牛粪的混合体系（4:4:1:1），并通过滴灌系统维持标准水肥条件。
2.2 Sample collection and phenotypic measurements
果实样本在五个发育阶段采集：绿果期（9 DAF）、白果期（18 DAF）、转色期（25 DAF）、红熟期（32 DAF）和过熟期（39 DAF）。每个阶段设置三个生物学重复，每重复包含10个果实。硬度使用GY-4数字果实硬度计测量（单位：N），SSC通过手持折光仪（Atago PAL-1）测定（单位：°Brix）。
2.3 RNA-seq analysis
总RNA提取后构建文库，通过Illumina NovaSeq 6000平台进行双端测序（150 bp）。原始数据经质控后比对至草莓参考基因组（Fragaria_x_ananassa.farr1.genome.fa），使用DESeq2进行差异表达分析（筛选标准：FDR < 0.05，|log2FC| ≥ 1）。功能富集分析通过GOseq和KOBAS完成。
2.4 Weighted gene co-expression network analysis
基于FPKM矩阵，利用WGCNA构建基因共表达网络。筛选标准为FPKM ≥ 1且变异系数（CV）≥ 0.5的基因，软阈值功率设为17。通过动态混合树切割算法识别模块，计算模块特征基因（ME）与表型性状（如硬度）的相关系数，筛选枢纽基因（MM > 0.8，GS > 0.6）。
2.5 Statistical analysis
表型数据采用LSD检验（p < 0.05），转录组数据通过主成分分析（PCA）和层次聚类（HCA）评估组间差异。相关性分析使用Pearson方法，可视化工具包括OmicShare和EVenn平台。
3 Results
3.1 Phenotypic changes during fruit development
两个品种的硬度均随成熟度增加而下降，但‘Three Princess’在转色期软化更显著（硬度：1.48 N vs ‘Monterey’的3.36 N）。至红熟期，‘Monterey’仍保持较高硬度（1.92 N vs 1.02 N）。SSC在‘Three Princess’中积累更早，红熟期达7.75°Brix，高于‘Monterey’（7.5°Brix）。硬度与SSC的比值分析表明，‘Three Princess’在较高糖度下仍维持较好的质地稳定性。
3.2 Global transcriptome changes
PCA分析显示PC1（24.43%）和PC2（15.37%）有效区分品种与发育阶段，‘Three Princess’在转色至红熟期转录组动态变化更显著。样本间相关性系数（r > 0.85）证实数据可靠性。
3.3 Transcriptomic analysis of DEGs
红熟期差异表达基因（DEGs）数量最多（11,382个），其中上调基因占优势（6,355 vs 5,027），表明成熟相关通路激活为主导。Venn分析发现2,018个DEGs在所有比较组中共有，构成核心成熟调控网络。
3.4 Results of KEGG pathway enrichment analysis
转色期富集通路包括半乳糖代谢、淀粉/蔗糖代谢及脂肪酸降解；红熟期则以碳代谢和糖酵解通路为主。‘Three Princess’在α-亚麻酸代谢（香气合成）及卟啉代谢（叶绿素降解）通路激活更早，与其快速成熟表型一致。
3.5 Genes screening related to strawberry hardness by weighted gene co-expression network analysis
WGCNA鉴定出多个与硬度显著相关的模块，其中MElightsteelblue1模块与硬度正相关（r = 0.93，p = 2e-13），MEantiquewhite1模块负相关（r = -0.7，p = 2e-05）。枢纽基因涉及扩张蛋白、多聚半乳糖醛酸酶及NAC转录因子。
3.6 HCA analysis of hardness-related candidate genes in strawberry varieties
多聚半乳糖醛酸酶基因（如Fxa1Ag102477、Fxa1Bg202350）在‘Three Princess’转色期显著上调，与其快速软化相关。NAC转录因子Fxa2Dg203497在‘Monterey’中持续高表达，可能通过抑制细胞壁降解酶延缓软化。另一NAC基因Fxa2Ag103919在‘Three Princess’早期高表达，可能启动其加速成熟程序。
4 Discussion
本研究揭示‘Three Princess’的快速软化与多聚半乳糖醛酸酶及糖代谢基因的早期激活相关，而‘Monterey’的硬度保持依赖NAC转录因子（如Fxa2Dg203497）的持续表达。WGCNA模块与硬度的强相关性提示共表达网络对质地性状的精细调控。值得注意的是，‘Three Princess’在较高SSC下仍维持硬度稳定性，挑战了果实甜度与软化的传统负相关模型。阶段特异性转录重编程表明，细胞壁降解酶与其转录调控因子的动态互作是品种间品质差异的关键。
5 Conclusions
本研究通过多组学整合分析，阐明草莓果实品质的遗传调控基础。关键发现包括：‘Three Princess’的快速软化由多聚半乳糖醛酸酶早期激活驱动，而‘Monterey’的硬度保持与NAC转录因子Fxa2Dg203497的持续表达相关。WGCNA鉴定的共表达模块为质地改良提供了新靶点。这些成果为草莓分子育种提供了理论依据与基因资源，未来需通过功能验证深化其应用潜力。
