Front.Plant Sci | 北京市农林科学院左进华团队及其合作者揭示了番茄采后衰老中的转录组、代谢组和染色质可及性的变化
番茄在采后会发生如颜色、硬度、营养成分和风味的变化，涉及一系列基因、代谢物的变化和转录因子的调节。染色质可及性区域富含与转录因子结合的顺式作用元件，然而有关番茄果实衰老过程中的染色质可及性模式及与基因表达之间的关系尚未彻底研究。2023年3月8日，北京市农林科学院左进华/刘明池研究团队与天津科技大学孟德梅在上发表题为Transcriptomic, metabolomic, and ATAC-seq analysis reveal the regulatory mechanism of senescence of post-harvest tomato fruit的研究论文。研究通过两种货架期不同的番茄进行全面的转录组、代谢组和染色质可及性分析，鉴定了与贮藏过程中品质保持相关的差异表达基因、差异累积代谢物和转录因子，为构建代谢调控网络打下了基础。番茄果实的风味由糖和酸的相对含量决定。作者首先对两种番茄在贮藏过程中的可溶性糖和可滴定酸含量进行了检测，发现可溶性糖含量随着时间增加而增加，可滴定酸含量先降低后升高。'YS006'（可贮藏番茄）的可溶性糖和可滴定酸含量高于'JF308'（普通番茄）。紧接着，作者对两种番茄进行了代谢物检测，发现了1006个代谢物，包括88个氨基酸及衍生物、71个有机酸、176个类黄酮、156个脂质、62个核苷酸及衍生物和71个酚酸。热图结果表明同样贮藏了21天的'YS006'比'JF308'积累了更多的代谢物。番茄果实代谢组学分析贮藏期间的'JF308'代谢物存在变化，7天与14天相差63个DAMs，14天与21天之间有61个DAMs。这些DAMs富集在苯丙烷类生物合成、酮体的合成和降解及黄酮和黄酮醇生物合成通路。相应的，'YS006'在此期间的代谢物也在变化，DAMs的数量较'JF308'多，且DAMs富集在另外四条代谢通路上。所有的DAMs包括脂质、生物碱、类黄酮、萜类化合物、酚酸、有机酸、氨基酸及衍生物和核苷酸及衍生物。'JF308'和'YS006'在采后贮藏过程中的DAMs鉴定根据转录组的结果，共有3352个和2035个DEGs出现分别在J7_vs_J14和J14_vs_J21的成对比较中；而在Y7_vs_Y14和Y14_vs_Y21的成对比较中，分别有4065个和2286个DEGs。两种栽培品种之间，与苯丙烷类和类黄酮途径相关的DEGs存在表达量差异。比如，Y7果实中编码东莨菪素葡萄糖基转移酶、咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶和4-香豆酸辅酶A连接酶的转录水平比J7中高；而Y14中的UDP-糖基转移酶89b2、硬脂酸去饱和酶6和乙醛脱氢酶的表达相对于J14下调；Y21的花青素还原酶表达高于J21，这可能是类黄酮积累的原因。此外，一些与碳水化合物代谢相关途径有关的酶在两种番茄的贮藏期也存在表达量差异。采后贮藏过程中'JF308'和'YS006'之间的DEGs鉴定基于在'JF308'和'YS006'鉴定的DEGs和DAMs，进行KEGG通路共定位分析，发现了12个DEGs和5个代谢物参与了淀粉和蔗糖途径。与J21果实相比，Y21果实中的葡聚糖内切-1,3-β-D-葡糖苷酶表达上调，'YS006'果实中葡萄糖含量增加。在细胞质中表达，主要催化UDP和蔗糖形成果糖和UDPG。采后'JF308'和'YS006'的各组成对比较中，的表达上调，造成采后水果的蔗糖含量下降。在J21和Y21的比较中，β-呋喃果糖苷酶表达上调，导致D-果糖丰度增加。番茄初级碳水化合物代谢和糖积累通路染色质可及性影响基因表达。为了研究番茄采后贮藏期的染色质可及性变化，作者以'JF308'和'YS006'为材料进行了ATAC-seq。大部分ACRs位于远端基因间区和启动子区，极少数位于3’UTR。根据富集的ACRs发现最强的信号集中在TSS附近，'JF308'和'YS006'的ACRs在贮藏后的第7天和第21天出现差异富集。DARs中富含TF结合的顺式作用元件，对在J7_vs_Y7及J21_vs_Y21成对比较中鉴定的DARs进行motif分析。TCP2、TCP4、TCP5和TCP24在motif中富集，表明TCPs可能在番茄果实贮藏期间的衰老中发挥重要作用。此外，一些属于bZIP家族的TFs也被鉴定到。番茄果实ATAC-seq结果概述为了证明ATAC-seq信号和基因表达水平的关联，作者给每组样本都绘制了Circos图。J7果实中，ATAC-seq信号值高的地方，基因表达水平也高。基因根据开放性和表达量变化可分为4类：开放性获得表达量上调、开放性获得表达量下调、开放性丢失表达量上调和开放性丢失表达量下调。在J7_vs_Y7及J21_vs_Y21的成对比较中，开放性丢失表达量上调和开放性丢失表达量下调的基因最多。对与DEGs相关的不同开放区域中富集的TF进行分析，发现AHL12、ZNF384和SUM1是最富集的。作用于相同靶基因的TF倾向于共调节，表明它们彼此之间可能存在相互作用。ATAC-seq和RNA-seq的联合分析总之，这项研究探讨了'JF308'和'YS006'果实的代谢物、基因和TFs差异。'YS006'在贮藏过程中总糖、酸和黄酮的积累量高于'JF308'的，'YS006'的、、和表达水平低于'JF308'。参与苯丙烷类和类黄酮生物合成相关的基因表达在第7天和第21天增加，与代谢物含量增加一致。一些TFs，如bHLH家族，尤其是TCPs在DARs中富集。这些都说明苯丙烷类通路、碳水化合物代谢和细胞壁代谢在延长番茄果实贮藏期中的作用，为延缓采后贮藏品质损失提供了理论依据。'JF308'和'YS006'在采后贮藏期间的调控模型