研究背景
番石榴具有高含量的生物分子和营养特性。然而，番石榴成熟过程的分子机制尚不清楚。2021年Food Chemistry在线一篇“Integrating proteomics and metabolomics approaches to elucidate the ripening process in white Psidium guajava.”研究论文。文章对白番石榴两个成熟阶段的不同果实组织进行了比较蛋白质组学和代谢组学研究，以了解这一过程。结果表明，乙烯和脱落酸（ABA）信号在番石榴成熟过程中对生化变化的调节起着积极作用。文章同时描述了几种代谢途径的调节，包括糖和叶绿素代谢、非生物和生物胁迫反应、类胡萝卜素和次生代谢产物的生物合成等。
研究材料
番石榴：成熟绿色（MG）和成熟黄色（MY）果实，用水彻底冲洗水果，干燥后，分离果皮、果肉和种子，并在液氮中冷冻。
实验路线
研究内容
1、蛋白质组学分析
本研究分析了MG和MY番石榴皮和果肉，分别鉴定了695和3166种蛋白质，成熟过程中，果皮和果肉组织中蛋白质的显著积累。比较蛋白质组学分析分别在果皮和果肉组织中鉴定了859和817种差异蛋白质。对番石榴、番茄、山竹和猕猴桃在成熟过程中鉴定的差异蛋白质的同源序列进行了比较分析，发现大量的直系同源体参与果实完熟期。
图1 果皮和果肉中进行蛋白质组学分析
2、非靶代谢组学分析
非靶向代谢组学分析发现31个代谢产物过度积累，47个代谢产物下降积累MY/MG中过量代谢产物的主要途径叶绿素代谢、胆固醇、蔗糖和蔗糖代谢、类胡萝卜素的生物合成等。在MY/MG中向下积累的代谢物的主要途径（图3B）是类黄酮生物合成、次级代谢的生物合成、单萜类化合物等。
图3 代谢组学分析
3、靶向代谢组学分析分析
基于非靶代谢组学分析，研究对色素、ACC、ABA和酚类物质含量进行靶向代谢物分析。结果分析表明MY果皮中的β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、紫黄质、花药黄素、叶黄素、α-生育酚和叶绿素B的含量明显低于MG果皮样品；整果中MY的ACC和ABA的水平显著高于MG；酚类物质中量化了17种属于不同化学亚类的化合物。
4、联合分析
蛋白质组学和代谢组学（非靶向和靶向）数据的联合分析揭示了乙烯、类胡萝卜素、ABA和酚类生物合成途径在番石榴成熟中的关键作用（图4)。研究发现ACC（乙烯前体）和ACC氧化酶（ACO4）的过度积累，类胡萝卜素和脱落酸中β-胡萝卜素、花药黄质和紫黄质等前体减少，黄质苷、脱落醛和脱落酸随之增加，酚类化合物合成相关酶主要积累在MY番石榴皮中，番石榴中的花青素在MY样品中的水平低于MG样品。
图4 蛋白质组学和代谢组学数据联合分析
小结：番石榴成熟是一个复杂的生化过程，它包含不同的生长调节剂及其信号传导机制，其中ABA和乙烯在生化修饰过程中起着重要作用。该研究初步了解番石榴成熟过程中外部感应和信号转导所涉及的分子机制，其中生长调节剂可以微调果实性状的生化变化。蛋白质代谢组学数据揭示了番石榴成熟过程中未描述的代谢途径的调节，突出了乙烯和ABA等生长调节剂作为可能的主要调节剂，并揭示了初级和次级代谢产物的差异积累。
ABA和乙烯信号在苯丙素途径激活中的协同作用
