基于比较转录组学的机制研究，探讨HuNAC2-HuNAC100复合物在调节Hylocereus polyrhizus（一种多根猕猴桃品种）冷害过程中的作用

《Postharvest Biology and Technology》：Comparative transcriptome-based mechanistic insights into the involvement of the HuNAC2-HuNAC100 complex in modulating chilling injury in Hylocereus polyrhizus

火龙果低温储存导致 chilling injury，通过表型、转录组和分子生物学分析，发现 NAC转录因子 HuNAC2 和 HuNAC100 下调，抑制抗氧化基因 HuAPX8 和 HuGPXMC1 表达，降低 AsA 和 GSH 积累，引发氧化损伤。

作者：丁婷、宋文、罗东兰、巴亮杰、陈建业

单位：中国华南农业大学园艺学院，教育部南方园艺产品保鲜工程技术研究中心/广东省果蔬采后科学重点实验室，广州510642

摘要

火龙果因其独特的外观和营养价值而成为全球流行的水果。然而，作为一种热带水果，火龙果容易受到冷害的影响，这会显著降低其品质。本研究通过表型分析、转录组分析和分子生物学综合研究，探讨了红肉火龙果‘Jindu No.1’在冷害过程中涉及的潜在调控途径。利用计算机断层扫描（CT）进行的表型评估显示，随着冷害的发展，活性氧（ROS）逐渐积累。比较转录组分析发现，参与抗坏血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）代谢的两个重要结构基因：HuAPX8和HuGPXMC1在低温胁迫下受到抑制，导致AsA和GSH的积累减少。加权基因共表达网络分析（WGCNA）显示，HuAPX8和HuGPXMC1的候选转录因子HuNAC2和HuNAC100被归类为同一模块。实时定量PCR（RT-qPCR）检测表明，HuAPX8、HuGPXMC1、HuNAC2和HuNAC100在低温胁迫下的表达水平均下降。电泳迁移率实验（EMSA）显示，HuNAC2和HuNAC100直接结合到HuAPX8和HuGPXMC1的启动子上。值得注意的是，HuNAC2与HuNAC100相互作用形成蛋白质复合物，并直接共同激活HuAPX8和HuGPXMC1的转录。总之，我们的研究结果表明，低温胁迫抑制了HuNAC2-HuNAC100复合物及其目标基因HuAPX8和HuGPXMC1的表达，从而阻碍了AsA和GSH的积累，导致采后火龙果发生冷害。

引言

火龙果，又称龙果，是一种攀缘仙人掌果实，主要属于和属。它原产于墨西哥、中美洲和南美洲的热带地区（Fan等人，2014年）。这种水果以其独特的外观和营养价值而受到重视。根据果皮和果肉的颜色，火龙果可以分为三种类型：Hylocereus polyrhizus具有红色果皮和红色果肉，Hylocereus undatus具有黄色或红色果皮和白色果肉（Ibrahim等人，2018年；Li等人，2022a年；Chen等人，2023b年；Chen等人，2025年；Zheng等人，2025年）。其中，红肉火龙果因其鲜艳的颜色和营养价值而特别受到重视（Khoo等人，2022年；Shah等人，2023年；Xie等人，2023年）。火龙果是一种非成熟型水果，由于其高水分含量、代谢活跃以及易受病原体侵袭，其品质在采后储存过程中会迅速下降（Wang等人，2024年）。已经开发出多种方法来提高火龙果的储存品质，包括电解水处理（Ding等人，2024年）、热空气预处理（Li等人，2022b年）、低温储存（Dai等人，2022年）和胰蛋白酶处理（Li等人，2020年）。其中，低温储存是一种重要且有效的技术，可以保持食品品质、确保安全并减少全球供应链中的食物浪费。

低温储存，也称为冷藏或冷冻储存，是一种利用控制低温来减缓易腐产品自然腐烂过程的方法。然而，长时间的低温储存可能导致冷害，如果皮凹陷、变色和果实成熟异常。目前，火龙果冷害的机制尚不完全清楚（Shan等人，2014年；Song等人，2020年；Song等人，2022年；Xiao等人，2023b年；Si等人，2024年）。当植物受到冷害时，其正常的代谢平衡会被破坏，导致活性氧（ROS）的产生增加。ROS如O₂^•?和H₂O₂是高度反应性的含氧分子，过量的ROS积累会导致氧化应激，损害DNA并破坏细胞膜（Del Rio等人，2006年；Murphy等人，2022年；Mishra等人，2023年）。植物体内含有酶促和非酶促抗氧化剂。其中，AsA-GSH循环和GPX抗氧化系统共同作用，维持细胞的氧化还原平衡。AsA-GSH循环和GPX抗氧化系统密切相关，共享GSH作为共同底物。AsA-GSH循环是植物中最丰富且研究最充分的水溶性抗氧化系统（Asada，1999年；Foyer和Shigeoka，2011年；Ishikawa和Shigeoka，2008年；Jardim-Messeder等人，2023年）。APX、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）和GR是AsA-GSH循环中的关键酶。参与AsA-GSH循环的基因过表达可以增强植物的抗逆性，而敲除这些基因则会延缓生物过程（Liang等人，2025年；Liang等人，2024年；Wang等人，2021年）。例如，PbrMYB5的过表达通过激活PbrDHAR2的表达来增强对冷害的耐受性（Xing等人，2019年）。此外，多种处理方法，包括镁缺乏、高光照强度、外源水杨酸甲酯处理、部分根区干燥灌溉和β-离子酮处理，可以通过增加参与AsA-GSH循环的基因表达来增强植物的抗逆性（Cakmak和Marschner，1992年；Chotikakham等人，2020年；Zhang等人，2022年；Mu等人，2025年；Zha等人，2026年）。除了AsA-GSH循环外，谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）抗氧化系统也是管理氧化损伤的重要机制。在植物中，GPX利用GSH或硫氧还蛋白（TRX）作为还原剂来执行其解毒功能（Flohe，1971年；Bela等人，2015年；Bela等人，2022年；Pei等人，2023年）。在低温处理下，GPX会被诱导（Passaia等人，2013年）。类似的结果也在小麦（Tyagi等人，2018年）、番茄（Heidari等人，2021年）、辣椒（Wang等人，2023a年）和Pogostemon cablin（Fu等人，2025年）中观察到。在胁迫条件下，AsA-GSH循环作为主要的解毒系统保持细胞内部环境的稳定，而GPX则为膜提供针对性保护，并作为分子“警报”来协调植物的生存策略。

转录因子（TFs）在植物应激反应中起着重要作用。TFs如C2H2型锌指蛋白、bHLH、bZIP、MYB、WRKY、HSF、ERF和NAC通过调节与AsA-GSH循环和GPX抗氧化系统相关的基因表达来调控植物的抗逆性（He等人，2019年；Liu等人，2019年；Li等人，2021年；Zhou等人，2022年；Liu等人，2023年；Tian等人，2023年；Si等人，2024年；Liao等人，2025年；Lin等人，2025年）。在猕猴桃中，bZIP蛋白AcePosF21与AceMYB102相互作用并激活AceGGP3以产生AsA（Liu等人，2023年）。热水处理通过抑制MaHsf24的表达来减轻香蕉的冷害，MaHsf24是MaAPX1和MaMDAR4HuAPX8和HuGPXMC1的抑制有关。加权基因共表达网络分析（WGCNA）结果表明，HuNAC2和HuNAC100是HuAPX8和HuGPXMC1的候选转录因子。同时，在CT条件下，HuAPX8、HuGPXMC1、HuNAC2和HuNAC100的表达均受到抑制。分子分析显示，HuNAC2和HuNAC100直接结合到HuAPX8和HuGPXMC1的启动子上。此外，HuNAC2与HuNAC100相互作用形成HuNAC2-HuNAC100复合物，激活了HuAPX8和HuGPXMC1的转录。总体而言，CT通过抑制HuNAC2-HuNAC100复合物及其目标基因HuAPX8和HuGPXMC1的表达，导致AsA和GSH的积累减少以及抗氧化活性下降。我们的发现为火龙果冷害机制提供了新的见解，并确定了潜在的基因，为通过靶向调控来改善低温储存期间的品质提供了理论基础，为开发高效的保鲜技术奠定了重要的理论和分子基础。这项工作对于延长火龙果的保质期、减少采后经济损失以及促进火龙果生产和流通链的可持续发展具有重要的实际意义。

植物材料和处理

‘Jindu No.1’火龙果（红色果皮带绿色鳞片，红色果肉）在成熟度为70%时，于9月从中国南部广州附近的一个商业农场收获，并迅速运送到实验室。果实用500 mg L^?1的丙环唑处理两分钟，然后在通风良好的地方风干。仅选择没有机械损伤、病虫害且成熟度均匀的样本。样本分别储存在1°C（冷处理温度，CT）和7°C（非冷处理温度，N-CT）下

CT储存会导致火龙果发生冷害

在CT条件下储存的火龙果在五天后出现轻微的冷害症状，且随着储存时间的延长，这些症状逐渐加重（图1A）。MDA和H₂O₂的水平以及O₂^•?的产生率在CT条件下逐渐增加（图1B-D）。12天时，CT条件下的MDA含量是N-CT条件下的2.00倍；H₂O₂含量是N-CT条件下的1.75倍。O₂^•?含量在9天时达到峰值

讨论

冷藏通常用于保持农产品的品质。然而，长时间的储存可能会引起冷害，从而降低其营养价值和商业价值。在长期冷胁迫下，由于编码酶促抗氧化剂（如GST）的基因受到抑制，可能会导致冷害（Song等人，2021年；Lin等人，2024年）。此外，非酶促抗氧化剂（如黄酮类和黄酮醇类）的抑制也可能导致冷害

结论

在CT条件下储存的火龙果果肉发生了严重的冷害。全面的转录组分析显示，冷胁迫抑制了HuAPX8和HuGPXMC1的表达，这两种基因是AsA-GSH循环和GPX抗氧化系统中的关键基因，导致ROS清除能力受损。此外，NAC转录因子HuNAC2和HuNAC100在冷胁迫下下调，并分别直接激活了HuAPX8和HuGPXMC1的转录。此外，

CRediT作者贡献声明

巴亮杰：撰写原始稿件、获取资金。丁婷：数据可视化、数据整理。宋文：撰写原始稿件。罗东兰：方法学研究。陈建业：撰写、审稿和编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号32160595）的支持。