花椒果皮色素形成及其代谢调控网络解析

花椒果皮色泽为花椒(Zanthoxylum bungeanum)最关键的特征,但其色素组成及代谢调控网络尚未明晰,制约着对花椒品质的判定。本研究采用广靶代谢组学与靶向代谢组学相结合,全面揭示了花椒果皮色素组成特征,识别矢车菊素-3-O-芸香糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷为关键化合物,12 种类黄酮化合物也显著影响花椒果皮颜色,结论在多品种间具备普适性。进一步基于转录组学注释花青苷代谢途径差异基因,ZbDFR,ZbANS,ZbUFGT被识别为关键差异基因,利用同源瞬时转化和异源稳定转化对关键基因进行功能验证,证实其调控花椒果皮花青苷积累。在蛋白水平上,基于体外酶活和突变位点实验,首次发掘S128、Y163、K167 为ZbDFR关键催化位点,突变关键位点可显著负调控花椒果皮花青苷合成。此外,花椒果皮花青苷积累还受到多种转录因子的协同调控,形成复杂的代谢调控网络。研究证实,自然条件下,ZbMYB111 可直接激活结构基因 ZbUFGT 启动子并促进其表达,正调控花椒果皮花青苷积累,同时ZbbHLH2 与ZbMYB111 存在相互作用,协同调控花青苷合成。进一步研究表明,花椒果皮花青苷的合成还受到多种环境和激素因子的调控,不同转录因子响应调控因素,进而影响花青苷的积累。UV-B 介导条件下,光响应因子 ZbHY5 可正调控花青苷的合成,同时 ZbMYB113 可通过与 ZbHY5 互作参与花青苷调控;乙烯介导条件下,乙烯响应因子ZbERF3 可正调控花青苷的合成,同时ZbMYB17 可直接激活ZbERF3启动子,进而参与调控。综上研究结果阐明了花椒果皮色素组成特征,解析了不同条件下花椒果皮花青苷代谢调控网络机制,为促进花椒果实品质与经济价值提升,深入研发花椒色素资源及优良品种定向选育奠定了坚实的理论基础,有利于花椒产业升级与可持续发展。