来源：Pulsed light treatment delays softening of harvested ‘Mopan’ persimmon by modulating ethylene biosynthesis and signaling pathways（Postharvest Biology and Technology）| 编译：DNA Lab Space | 原文许可：elsevier-subscription
导读
柿果采后成熟迅速，极易发生品质劣变。本研究以‘磨盘’柿为材料，采用4 J/cm²脉冲光（PL）处理，从生理、代谢组和转录组三个层面解析其保鲜机制。PL处理延缓了果实软化，维持了较高的L*值和可溶性固形物含量，促进了萜类、多酚、黄酮和氨基酸等活性代谢物的积累。转录组分析表明，PL抑制了乙烯合成基因（DkMTN、DkACO1、DkSAMS）、乙烯信号转导基因（DkETR2、DkEIN3）以及细胞壁降解酶基因（DkPG、DkPME45、DkEG）的表达，同时上调了类胡萝卜素合成基因（DkPSY、DkPDS）、苯丙烷代谢通路基因（DkCCR、DkACT、DkC4H、Dk4CL）和抗氧化防御基因（DkSOD、DkAPX）。研究揭示了PL通过协同调控乙烯代谢、细胞壁降解、类胡萝卜素代谢和抗性相关通路来维持柿果贮藏品质的分子机制。
研究背景
柿（Diospyros kaki L.）为柿科落叶果树，原产于中国北方，广泛栽培于东亚热带和亚热带地区。中国是目前全球最大的柿生产国，其次为西班牙和韩国。‘磨盘’柿在中国北方广泛种植，但采后极易发生品质劣变，包括果肉快速软化、果皮颜色加深和风味丧失，这些生理变化限制了其贮藏寿命和商业价值。为减轻采后损失，已有多种保鲜技术被探索，包括超声处理、气调包装、褪黑素处理和真空包装等。尽管这些方法可以延缓果实成熟和衰老，但大规模商业化应用仍主要局限于真空包装和气调包装。寻找替代性、实用且环境友好的柿果采后品质保持技术仍待深入探索。脉冲光（PL）是一种新兴的非热物理加工技术，具有环境可持续性、操作高效、安全且成本效益高等特点。商业PL系统已经面世，应用范围持续扩大。
研究方法
2.1 果实来源与处理
柿（Diospyros kaki L. cv. ‘磨盘’）采自中国北京市房山区一处商业果园。果实处于商业成熟度（果皮80%–90%呈橙色），直径8.0–8.5 cm，单果重280–300 g，从结果均匀的树上手工采摘。果实在采收后2 h内运至实验室。到达后，选择大小和形状均匀、无机械损伤、无病虫害症状的果实，随机分为两组。通过预实验筛选最佳脉冲光强度。测试了5个能量水平（1、2、4、6和7 J/cm²）。结果表明，4 J/cm²在延缓软化和维持品质方面保鲜效果最佳，且不造成果皮光损伤。因此，本研究以4 J/cm²作为标准处理条件。脉冲光（PL）处理组使用紧凑型集成氙灯系统（CIXL；XENON Corporation，美国）以4 J/cm²强度照射3.1 s，对应单次闪光剂量为0.435 J/cm²，频率为每秒3次闪光。对照组（CK）不接受任何处理。果实装入开放式（未密封）聚乙烯袋中（每袋6个），在20 ± 1 °C、90 ± 1%相对湿度条件下贮藏长达8 d。每个采样时间点每组设三个生物学重复，每个重复由三个独立果实组成。每个果实上取三个不同位置作为技术重复，用于测定果实硬度、色差和可溶性固形物含量。此外，在第0天和第8天，每组随机选取9个果实，每个生物学重复取3个果实。在均匀深度采集赤道中央果肉组织，避开种子和萼端区域。将3个果实的等量果肉组织混合形成一个生物学重复，每组制备三个独立的混合生物学重复。切取的中央果肉组织切碎后立即在液氮中冷冻，并保存于−80 °C用于后续分析。样品命名为CK-0d（对照，第0天）、CK-8d（对照，第8天）和PL-8d（PL处理，第8天）。这三个样品组用于代谢组和转录组分析，每组三个生物学重复。
【数据】品种：‘磨盘’柿；成熟度：果皮80%–90%橙色；直径：8.0–8.5 cm；单果重：280–300 g；运输时间：2 h内；PL强度筛选水平：1、2、4、6、7 J/cm²；最佳PL强度：4 J/cm²；照射时间：3.1 s；单次闪光剂量：0.435 J/cm²；闪光频率：3次/秒；贮藏温度：20 ± 1 °C；相对湿度：90 ± 1%；贮藏时间：8 d；每袋果实数：6个；生物学重复：3个；每重复果实数：3个；技术重复：每果3个位置；第0天和第8天每组选取果实数：9个
2.2 硬度、颜色和可溶性固形物含量测定
果实硬度使用配备3 mm直径探头的数显硬度计（GY-4，爱德堡仪器有限公司，乐清，中国）测定。在每个果实赤道周围三个等距位置去除一小块果皮后进行测量。探头以0.5 mm/s的恒定速度插入至10 mm深度。所有测量过程中施加均匀压力以确保可重复性。果实颜色使用色差计（CR-400，Konica Minolta，日本）在每个果实的三个赤道位置测定。记录颜色参数L（亮度）、a（红-绿）和b*（黄-蓝）。每组随机选取三个柿果。将去皮柿果挤压获得的果汁滴加到便携式折光仪（PAL-1，ATAGO，日本）的检测镜上读取数值。每次测量后，用蒸馏水冲洗检测镜并归零。每个柿果测量三次，最终结果以百分比（%）的平均值表示。
【数据】硬度计探头直径：3 mm；探头插入深度：10 mm；插入速度：0.5 mm/s；色差计型号：CR-400；颜色参数：L、a、b*；折光仪型号：PAL-1；每果测量次数：3次；每组选取果实数：3个
2.3 代谢组分析
取约50 mg冷冻粉末组织，用1 mL提取溶剂（甲醇:乙腈:水，2:2:1，v/v/v）提取。混合物充分涡旋后，在4 °C下以12,000 × g离心15 min。取500 μL上清液真空干燥，用160 μL乙腈:水（1:1，v/v）复溶，随后涡旋并在相同条件下离心。之后收集120 μL上清液用于超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）分析。代谢物鉴定和定量使用自建数据库GB-PLANT进行。进行多变量统计分析，包括主成分分析（PCA）、层次聚类分析和Pearson相关分析，以评估数据质量和样品关系。差异积累代谢物（DAMs）的鉴定标准为变量投影重要性（VIP）值 ≥ 1、|log₂（倍数变化）| ≥ 1.0且p < 0.05。DAMs的功能注释和通路富集使用KEGG数据库（https://www.genome.jp/kegg/）进行。
【数据】组织用量：约50 mg；提取溶剂：甲醇:乙腈:水（2:2:1，v/v/v）；提取溶剂体积：1 mL；离心条件：12,000 × g，15 min，4 °C；上清液取量：500 μL；复溶溶剂：乙腈:水（1:1，v/v）；复溶体积：160 μL；进样量：120 μL；DAMs鉴定标准：VIP ≥ 1，|log₂FC| ≥ 1.0，p < 0.05
2.4 转录组分析
使用RNA prep Pure Plant Kit（天根，北京，中国）按照制造商说明从冷冻组织中提取总RNA（每样品1 μg）。在文库构建前评估RNA质量和完整性。使用Hieff NGS Ultima Dual-mode mRNA Library Prep Kit for Illumina（翌圣生物，上海，中国）制备测序文库，并使用Agilent 2100 Bioanalyzer评估文库质量。在Illumina NovaSeq平台上进行高通量测序，产生150 bp双端读长。使用FASTP v 0.19.3过滤原始读长以去除接头和低质量序列，获得干净读长。使用HISAT v2.0.4将干净读长比对到参考基因组。基因表达水平以每百万比对读长中每千碱基转录本的片段数（FPKM）计算，使用featureCounts v1.6.2。组间差异表达基因（DEGs）使用DESeq2鉴定，p值通过Benjamini-Hochberg方法校正以控制错误发现率（FDR）。基因功能注释使用Nr（ftp://ftp.ncbi.nih.gov/blast/db/）、KEGG（http://www.genome.jp/kegg/）和Gene Ontology（GO；http://www.geneontology.org/）数据库进行。
【数据】RNA提取试剂盒：RNA prep Pure Plant Kit；每样品RNA量：1 μg；文库制备试剂盒：Hieff NGS Ultima Dual-mode mRNA Library Prep Kit；测序平台：Illumina NovaSeq；读长：150 bp双端；过滤软件：FASTP v 0.19.3；比对软件：HISAT v2.0.4；表达量计算：featureCounts v1.6.2；差异分析软件：DESeq2；FDR校正方法：Benjamini-Hochberg
2.5 统计分析
所有实验数据最初使用Excel 2019处理。图形可视化使用Origin 2021进行。统计分析使用SPSS 27.0版本（双因素方差分析后接Duncan新复极差检验）。p < 0.05（）认为差异显著，p < 0.01（）认为高度显著，p < 0.001（）认为极显著。数据以均值 ± 标准误表示（n = 3）。额外的代谢组和转录组数据分析使用Metware Cloud在线分析平台（https://cloud.metware.cn）进行。
【数据】数据处理软件：Excel 2019；绘图软件：Origin 2021；统计软件：SPSS 27.0；统计方法：双因素方差分析 + Duncan新复极差检验；显著性水平：p < 0.05（），p < 0.01（），p < 0.001（）；数据表示：均值 ± 标准误；样本量：n = 3
研究结果
3.1 硬度、颜色和可溶性固形物含量
果实基部的黄绿色随时间逐渐向橙色转变。至第8天，PL处理果实的果肉保持较亮且以黄色为主，而对照（CK）果实果肉呈橙红色（图1A）。PL处理果实的硬度下降速度慢于CK果实。PL组的硬度值始终高于CK组（图1B）。PL处理果实的L值下降（图1C）和a值上升（图1D）均慢于CK果实，b*值先升高后下降，但在处理果实中始终保持最低（图1E）。贮藏期间SSC下降，但PL处理果实的SSC始终高于CK（图1F）。
【数据】贮藏时间：8 d；PL组硬度始终高于CK组；PL组L值下降慢于CK；PL组a值上升慢于CK；PL组b*值先升后降且始终最低；PL组SSC始终高于CK
3.2 代谢物谱
对CK-0d、CK-8d和PL-8d样品的非靶向代谢组分析共鉴定出242个DAMs，包括萜类（13.64%）、氨基酸（13.22%）、糖和醇类（13.22%）、脂质（11.16%）、有机酸（8.26%）、黄酮类（7.44%）、多酚类（5.37%）、生物碱（4.55%）、酮酸（4.13%）、核苷（2.07%）、香豆素（1.65%）、核苷酸（1.65%）和苯丙烷类（0.83%）（图2A）。两两比较揭示了三个样品组之间显著的代谢差异（图2B）。在CK-0d vs CK-8d中，检测到176个DAMs，包括83个上调和93个下调代谢物。在CK-0d vs PL-8d中，鉴定到195个DAMs（88个上调和107个下调），而CK-8d vs PL-8d产生114个DAMs（54个上调和60个下调）（图2C）。其中，146个DAMs为CK-0d vs CK-8d和CK-0d vs PL-8d所共有，74个为CK-0d vs CK-8d和CK-8d vs PL-8d所共有，83个在CK-0d vs PL-8d和CK-8d vs PL-8d之间重叠。60个DAMs在所有比较中共享。展示CK-8d vs PL-8d中DAMs分类的环形图显示，萜类占比最大（18.42%），其次为糖和醇类（13.16%）、氨基酸（12.28%）、脂质（9.65%）、多酚类（7.02%）和生物碱（7.02%）（图S1D）。这些结果表明PL处理影响了萜类、碳水化合物、氨基酸和多酚类化合物的代谢。堆叠柱状分析进一步表明，初级代谢物——包括萜类、糖和醇类、氨基酸和脂质——在贮藏期间的代谢变化中占主导地位（图2D）。在贮藏结束时，CK-8d vs PL-8d中萜类和多酚类的相对比例显著高于CK-0d vs CK-8d，表明PL处理促进了这些化合物的积累。为进一步阐明PL介导延缓果实软化的潜在机制，构建了CK-0d、CK-8d和PL-8d样品中与萜类、多酚类、黄酮类、氨基酸和香豆素相关的DAMs热图（图2E）。多种萜类——包括stachybotramide、euscaphin B、7-Z-trifostigmanoside I、incensole、2-acetoxybrevifoliol、loganin、ilexsaponin B2、isoginsenoside Rh3和suavissimoside F1——在PL处理果实中含量较高，而在未处理果实中呈下降趋势。类似地，多酚类如cinncassiol A、gossypol、cassiaside B2、(+)-puerol B 2″-O-glucoside、giffonin R和niazimicin在PL处理后积累至较高水平。黄酮类包括7-hydroxy-4H-chromen-4-one、flavone base + 3 O,O-HexA-feruloylHexA、flavaprin和iristectorigenin A在第8天时在PL处理果实中也比CK组更丰富。尽管PL处理降低了某些氨基酸（如L-精氨酸）的水平，但增加了3-(carboxymethylamino) propanoic acid、4-hydroxyisoleucine、L-glutamic acid (monosodium salt)和N-p-coumaroyl-L-glutamic acid等代谢物。此外，香豆素类包括umbelliferone和4-methylumbelliferyl glucuronide在PL处理后积累。总体而言，PL处理增强了萜类、多酚类、黄酮类和大多数氨基酸相关代谢物的积累。KEGG通路富集分析显示，CK-0d vs CK-8d中的DAMs主要富集于苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、赖氨酸降解、多种植物次生代谢物生物合成、泛酸和CoA生物合成以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢相关代谢物（图S1A）。在CK-0d vs PL-8d中，DAMs主要富集于单环内酰胺生物合成、氨酰-tRNA生物合成、苯丙烷生物合成、苯丙氨酸代谢、氰基氨基酸代谢和赖氨酸降解（图S1B）。在CK-8d vs PL-8d中，富集通路包括苯丙烷生物合成、D-氨基酸代谢、多种植物次生代谢物生物合成、苯丙氨酸代谢、硫代葡萄糖苷生物合成以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成（图S1C）。整合KEGG气泡图进一步突出了三组之间的显著代谢差异（图2F）。在CK-0d vs CK-8d中，富集通路主要与氨基酸生物合成和降解以及次生代谢相关，与果实成熟和软化过程中的代谢重编程一致。相比之下，CK-0d vs PL-8d中与氨酰-tRNA生物合成、ABC转运蛋白、苯丙烷生物合成和单环内酰胺生物合成相关的代谢物富集程度更高，表明PL处理在采后贮藏期间调节了氨基酸代谢和苯丙烷生物合成。
【数据】DAMs总数：242个；萜类占比：13.64%；氨基酸占比：13.22%；糖和醇类占比：13.22%；脂质占比：11.16%；有机酸占比：8.26%；黄酮类占比：7.44%；多酚类占比：5.37%；生物碱占比：4.55%；酮酸占比：4.13%；核苷占比：2.07%；香豆素占比：1.65%；核苷酸占比：1.65%；苯丙烷类占比：0.83%；CK-0d vs CK-8d DAMs：176个（83上调，93下调）；CK-0d vs PL-8d DAMs：195个（88上调，107下调）；CK-8d vs PL-8d DAMs：114个（54上调，60下调）；三组共有DAMs：60个；CK-8d vs PL-8d中萜类占比：18.42%；糖和醇类占比：13.16%；氨基酸占比：12.28%；脂质占比：9.65%；多酚类占比：7.02%；生物碱占比：7.02%
3.3 基因表达
对CK-0d、CK-8d和PL-8d样品进行了转录组分析。相关分析表明生物学重复之间一致性高，表明测序数据可靠（图3A）。两两比较揭示了未处理和PL处理果实相关的不同转录响应。在CK-0d vs CK-8d中，共鉴定出1655个DEGs，包括823个上调和832个下调基因。在CK-0d vs PL-8d中，检测到1697个DEGs（869个上调和828个下调）。相比之下，CK-8d vs PL-8d中仅鉴定出216个DEGs（133个上调和83个下调），表明PL处理大幅减弱了贮藏期间发生的转录变化（图3B）。Venn图分析进一步说明了不同比较中DEGs的重叠情况（图3C）。在CK-0d vs CK-8d、CK-0d vs PL-8d和CK-8d vs PL-8d中分别独特鉴定出712、764和95个DEGs，而三个比较中共有的DEGs仅15个。此外，885个DEGs在CK-0d vs CK-8d和CK-0d vs PL-8d之间重叠，95个DEGs在CK-0d vs CK-8d和CK-8d vs PL-8d之间重叠，63个DEGs为CK-0d vs PL-8d和CK-8d vs PL-8d所共有。KEGG通路富集分析揭示了不同的转录调控模式。在CK-0d vs CK-8d中，DEGs主要富集于维生素B6代谢、倍半萜和三萜生物合成、花青素生物合成、单萜生物合成、戊糖和葡萄糖醛酸互变、类胡萝卜素生物合成、亚油酸代谢、氰基氨基酸代谢以及角质、软木脂和蜡质生物合成相关通路（图3D）。在CK-0d vs PL-8d中观察到类似的富集模式，并额外富集于苯丙烷生物合成和氮代谢（图3E）。在CK-8d vs PL-8d中，DEGs主要富集于糖基磷脂酰肌醇（GPI）-锚定生物合成、不饱和脂肪酸生物合成、氮代谢、精氨酸生物合成、多种N-聚糖生物合成、柠檬酸循环（TCA循环）、芪类、二芳基庚烷类和姜辣素生物合成、蛋白酶体以及角质、软木脂和蜡质生物合成（图3F）。这些转录组谱与代谢组结果一致，表明PL处理调节了参与萜类代谢、苯丙烷生物合成、氨基酸代谢的基因。
【数据】CK-0d vs CK-8d DEGs：1655个（823上调，832下调）；CK-0d vs PL-8d DEGs：1697个（869上调，828下调）；CK-8d vs PL-8d DEGs：216个（133上调，83下调）；CK-0d vs CK-8d独特DEGs：712个；CK-0d vs PL-8d独特DEGs：764个；CK-8d vs PL-8d独特DEGs：95个；三组共有DEGs：15个；CK-0d vs CK-8d与CK-0d vs PL-8d重叠DEGs：885个；CK-0d vs CK-8d与CK-8d vs PL-8d重叠DEGs：95个；CK-0d vs PL-8d与CK-8d vs PL-8d重叠DEGs：63个
讨论与解读
果实软化是决定采后货架寿命和商业品质的关键因素。果胶增溶和木葡聚糖解聚是导致细胞壁软化的主要结构变化，由PG和XTH等水解酶介导。PME在果胶去甲基化中起核心作用，PME活性升高会破坏果胶网络，从而加速软化。本研究中，软化相关基因包括DkPG、DkPME45和DkEG在CK中上调，而PL处理抑制了它们的表达。这种抑制可能减少了同型半乳糖醛酸聚糖解聚和果胶去甲基化，有助于PL处理果实中观察到的软化延迟。这些发现与先前报道的超声通过抑制PME活性延缓柿果软化的结果一致。PMEIs能特异性结合PME并抑制其催化活性。本研究中，PL处理强烈诱导了DkPMEI9的表达，这可能有助于PME-PMEI复合物的形成，从而可能在转录水平上限制果胶降解并帮助维持果胶-纤维素网络的稳定性。此外，DkXTH基因家族成员表现出不同的调控模式。大多数基因，包括DkXTH32、DkXTH31、DkXTH29和DkXTH1，被PL处理上调。
编译者解读
该研究从生理表型、代谢组和转录组三个层面系统解析了脉冲光延缓柿果软化的机制，构建了涵盖乙烯合成与信号、细胞壁降解、类胡萝卜素代谢和苯丙烷通路的调控网络模型。方法上，4 J/cm²的PL处理仅需3.1 s，操作简便且无化学残留，具备产业化潜力。研究将代谢物积累与基因表达变化进行关联分析，增强了结论的可靠性。局限在于：验证实验仅停留在转录水平，缺乏对关键酶活性的直接测定和基因功能的遗传学验证；贮藏期仅8 d，长期效果尚不明确。未来可通过瞬时沉默或过表达关键候选基因（如DkPMEI9）进一步确证其功能。
参考来源
期刊：Postharvest Biology and Technology, 2026
DOI: 10.1016/j.postharvbio.2026.114400
DOI: 10.1016/j.postharvbio.2026.114400