甜樱桃（PrunusaviumL.）是一种核果，因具有独特的香气口感和和营养潜力，被广泛食用和重视。甜樱桃原产于世界上许多地区，偏爱如欧洲地中海地区的温带气候。甜樱桃是由16条染色体组成的二倍体（2n=16）物种，其果实含有单糖和有机酸以及其他很多有益健康的营养成分。然而目前关于其不同品种间分子差异和营养价值的区别，仍未得到充分研究。

近日，HorticultureResearch在线发表了意大利锡耶纳大学（UniversityofSiena）团队题为“MolecularinvestigationofTuscansweetcherriessampledoverthreeyears:geneexpressionanalysiscoupledtometabolomicsandproteomics”的 研究成果，该研究是 针对意大利托斯卡纳非商业甜樱桃品种的多组学研究项目，通过对不同樱桃品种之间的分子差异进行了研究和阐述，揭示了不同品种间的基因、蛋白、代谢特征和营养价值，为更好地开展樱桃遗传育种工作奠定了基础。

实验设计

研究团队在-连续3年间，对意大利Follonica地区CNR-IBE区域种质库中保存的6个非商业性托斯卡纳甜樱桃品种（Benedetta，Carlotta，Moscatella，Maggiola，Crognola和Morellona）的特征进行调研，并在花后60天采样。采用将基因分型、靶向基因表达谱与代谢组学相结合的方法，对不同樱桃品种之间的分子差异进行研究。为了补充数据，还对*酮类化合物含量 的两个品种（Crognola和Morellona）进行了可溶性蛋白质组学研究。

主要研究成果

1.6个非商业托斯卡纳甜樱桃的基因分型分析

将来自卢森堡（Busch）、土耳其（Turkey）、法国（Napoleon和Dauphinois）和意大利（Durone）的商业樱桃品种和6个非商业的托斯卡纳甜樱桃品种一起进行基因分型分析，以更好地区分托斯卡纳甜樱桃的系统发育亲缘关系。

基因分型的结果显示三个主要的遗传集群属于三个不同的分枝（图1）。6个非商业托斯卡纳甜樱桃的基因分型结果与各品种在托斯卡纳全境内的区域分布是一致的。即Benedetta和Carlotta在整个地区有着广泛分布，Crognola和Morellona都来自比萨省，而Moscatella是锡耶纳周边地区的 代表，Maggiola是格罗塞托省的 代表。

图1基因分型结果的树状图

2.非靶向代谢组学分析

*酮类化合物在植物中具有诸多不同的生理功能，例如与传粉者的相互作用、光保护、清除活性氧（ROS），对非生物胁迫的响应，以及植物生长素的运输。已知*酮类化合物的生物合成受到基因型和环境的影响。

对6个非商业托斯卡纳甜樱桃品种和意大利商业樱桃品种Durone进行非靶向代谢组学检测分析。结果表明*烷醇和原花青素在Crognola和Morellona品种中含量 （图2），这两个品种除了能产生丰富的*酮类化合物外，还可以产生更多量的稀有的金鸡纳素，金鸡纳素具有很高的抗氧化、保肝和抗菌活性。而商业樱桃Durone的*酮木质素是含量 的，Durone是*烷醇含量 的水果之一。

代谢组学的结果显示基因型对*酮类化合物的生物合成有影响，Crognola和Morellona似乎在基因上倾向于产生大量的次级代谢物（这两个品种在树状图中聚集在同一个单独的分支上）。

图2差异代谢物的层次聚类热图

3.靶向基因表达分析

由于次级代谢物的生物合成在基因水平上受到调控，因此采用RT-qPCR对苯丙素途径（Phenylpropanoidpathway，简称PPP）相关的基因表达进行定量分析，发现苯丙素途径相关基因在不同品种间存在一定的差异（图3）。不可能将酚类化合物的丰度（图2）与基因表达谱（图3）联系起来，因为产量 的品种Crognola和Morellona并不总表现出PPP生物合成基因的高表达。缺乏相关性的原因可能与转录后和翻译后事件有关，田间条件也会影响基因表达模式。

图3跨三年研究的PPP相关基因表达数据的层次聚类热图

4.两个古老品种（Crognola和Morellona）的可溶性蛋白质组分析

对*酮类化合物含量 的两个品种（Crognola和Morellona）的可溶性蛋白质组进行了研究。蛋白质组学结果表明，与胁迫响应、初级代谢和细胞壁扩张相关的蛋白质在Crognola和Morellona之间存在显著差异，且3年之间发生了显著变化（图4）。

图4三年间51种蛋白质的层次聚类热图

5.对蛋白质组学的某些鉴定结果进行基因表达分析

对属于“胁迫”和“细胞壁”、多酚氧化酶(polyphenoloxidase,PPO)类别的基因表达进行测定，RT-qPCR数据与蛋白质组学结果部分一致，原因是基因表达变化并不总伴随着相应蛋白质的相似趋势。这可能是转录后修饰或其他蛋白质加工事件导致的。

图5两种托斯卡纳品种中编码差异蛋白质的一些基因的相对表达量柱状图

科技君点评

本研究基于多年数据，通过差异表达基因、代谢物和蛋白质分析，揭示了不同樱桃品种间的分子差异。根据代谢组学结果，托斯卡纳甜樱桃具有很高的营养价值。特别是，在生物活性成分方面，Crognola和Morellona两个品种最有价值，并且显示出区别于所有其他品种的遗传特征，为未来为更好地开展樱桃的遗传育种工作和商品化奠定了基础。

代谢组是生物体表型的物质基础，与基因组、转录组、蛋白质组相比更接近生物体的表型。基因组和蛋白质组的微小变化可以在代谢组层面得以体现和放大，代谢组可作为连接基因型和表型的桥梁。单个组学的研究结果往往比较片面，将多个组学相结合进行研究，可以系统地研究基因、RNA、蛋白质和代谢物之间的相互作用，全面探究机制，从整体上解释生物学问题。因此多组学（Multi-Omics）成为了现在研究的热门方式。

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