转录组学和代谢组学分析表明，褪黑素通过ABA-色素代谢网络有助于延缓西兰花采后黄化现象

《Postharvest Biology and Technology》：Transcriptomic and metabolomic analysis reveals melatonin treatment in delaying postharvest yellowing in broccoli through ABA-pigment metabolism network

褪黑素通过调控ABA信号通路及叶绿素降解、类胡萝卜素合成相关基因和代谢物，延缓贮藏期西兰花黄化。

王月|程建辉|雷文博|沈淑玲|刘艳|郑晓琳|陈欢

浙江工商大学食品科学与生物技术学院，中国杭州310018

摘要

为了进一步揭示褪黑素（MT）介导的采后西兰花黄化延迟的分子机制，研究了在储存过程中，经MT处理后的西兰花中与叶绿素降解、类胡萝卜素生物合成和脱落酸（ABA）信号传导相关的基因表达模式的变化，以及相关的代谢物变化。结果表明，MT处理延缓了西兰花的黄化，减少了叶绿素的降解，并抑制了类胡萝卜素的生物合成和ABA的积累。整合转录组学和代谢组学分析显示，MT处理调节了与叶绿素降解（BoCLH、BoSGR、BoPAO、BoNYC1和BoRCCR）、类胡萝卜素生物合成（BoPSY、BoPDS、BoLCYE、BoLCYB、BoLUT5、BoZEP和BoOR）、ABA合成（BoNCED、BoAAO3、BoABA2）以及信号传导相关基因（BoPYL、BoPP2C、BoSnRK2和BoABF）的表达。此外，还鉴定出15个枢纽基因和13个关键转录因子（TFs）（BoMADS14、BoLOB13、BoMYB51、BoMYB74、BoERF11、BoERF62、BoNAC52、BoNAC100、BoWRKY42、BoWRKY57、BoWRKY69、BobHLH41和BobHLH82）。因此，我们构建了一个连接潜在TFs和参与ABA及色素代谢的枢纽基因的调控网络，并提出ABA信号传导、叶绿素降解和类胡萝卜素生物合成之间的相互作用通过MT处理有助于延缓西兰花的采后黄化。

引言

西兰花（Brassica oleracea var. italica）在室温储存期间容易迅速黄化，导致其品质和商业价值急剧下降（Sadali等，2019；Xu等，2016）。西兰花的采后黄化由色素代谢、叶绿素降解和类胡萝卜素积累共同调控（Dang等，2023；Luo等，2019）。最近的研究表明，脱落酸（ABA）作为一种重要的类胡萝卜素衍生的植物激素，不仅对类胡萝卜素生物合成提供反馈调节，还通过增强关键叶绿素降解酶的活性和加速叶绿体解体来促进多种采后蔬菜和水果的黄化过程（Li等，2025b；Tan等，2019）。

近年来，许多研究表明，褪黑素（MT）处理通过维持叶绿体结构完整性和抑制叶绿素降解及类胡萝卜素生物合成有效延缓了采后西兰花的黄化（Wu等，2021；Yan等，2024；Yan等，2025）。值得注意的是，MT处理可下调BoNCED的表达，从而抑制西兰花的ABA产生（Lou等，2023）。越来越多的证据表明，MT与ABA之间的相互作用是植物衰老的关键调控模块。在番茄中，外源MT通过抑制ABA合成关键基因SlNCED2/3的表达并上调ABA信号负调节因子SlPP2C的表达，从而延缓果实成熟和衰老（Jiang等，2023）。在Arabidopsis thaliana中，MT通过激活ABA信号通路中的ABF2转录因子，协同调节叶绿素降解基因SGR1和类胡萝卜素合成基因PSY1的表达（Weeda等，2014；Tan等，2019）。在草莓中，MT处理通过下调ABA合成基因FaNCED1和上调ABA代谢基因FaCYP707A2，打破ABA和GA之间的平衡，从而抑制果实叶绿素的降解（Mansouri等，2023）。基于上述证据，我们假设MT可能通过涉及ABA信号传导和色素降解及质体转化的综合作用机制延缓西兰花的采后黄化。基于我们最近发现MT通过BoNAC52-BoRBOHF模块调节ROS稳态的研究（Wang等，2025a），我们在本工作中进一步利用多组学方法探讨了ABA信号传导与色素代谢网络之间的相互作用。

为了阐明MT通过ABA-色素代谢网络延缓采后黄化的机制，我们研究了MT处理对采后西兰花中叶绿素降解、类胡萝卜素生物合成和ABA信号基因的影响，以及相应的代谢物谱型。此外，本文还构建了一个连接ABA和色素代谢中潜在转录因子（TFs）和枢纽基因的调控网络。

植物材料与处理

采自中国浙江省余姚市一个农场（121°E, 30°N）的商业成熟期的西兰花（Brassica oleracea var. italica，品种‘Naihan Youxiu’）。选择生长均匀、无病害的西兰花作为实验材料。样品被仔细包装并在同一天内运送到实验室。按照我们之前发表的方案（Wang等，2025a），将200个西兰花头分别浸入0 μmol L^?1

MT处理延缓了西兰花的黄化，并改变了采后内源MT和ABA的含量

MT处理延缓了储存期间西兰花的黄化过程（图1A），1至5天的黄化指数L*、a*和b*值低于对照组（CK）（图1B-E），同时减缓了叶绿素的降解速率和类胡萝卜素的积累速率（图1F和G）。此外，与对照组相比，MT处理增加了西兰花中的内源MT含量（图1H），但在3天时除外（图1H），同时降低了储存期间的ABA含量（图1I）。

转录组和代谢组谱型

根据PCA分析，样品来自

讨论

叶绿素降解是西兰花采后衰老最显著的特征（Song等，2023）。Wu等（2021）研究表明，MT处理有效抑制了西兰花中关键叶绿素降解酶（包括CLH、PPH、PAO和RCCR）的酶活性。在本研究中，MT通过协同下调关键分解基因BoNYC1、BoCLH、BoPAO和BoRCCR的表达，抑制了采后储存期间的叶绿素降解（图1F）。

结论

MT处理有效延缓了西兰花在储存期间的采后黄化。整合转录组学和代谢组学分析表明，MT处理下调了参与叶绿素降解、类胡萝卜素生物合成和ABA合成途径的关键基因，从而抑制了类胡萝卜素和ABA的积累，并抑制了ABA介导的衰老信号传导。此外，MT处理还调节了叶绿素代谢和类胡萝卜素生物合成。

作者贡献声明

程建辉：项目管理、概念构思。雷文博：正式分析、数据管理。沈淑玲：数据管理。王月：撰写——初稿、方法学、正式分析、数据管理。刘艳：数据管理。郑晓琳：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取。陈欢：监督、方法学、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32372408）的财政支持。