《食品科学》：江西农业大学曾教科副教授等：猕猴桃果实后熟软化过程中己糖激酶基因的表达分析

猕猴桃（Actinidia chinensis Planch.）原产自中国，其在中国种植面积和产量均稳居世界第一位，素有“VC之王”之称。猕猴桃属于呼吸跃变型果实，采后生理代谢旺盛，伴随果实快速软化，商品性丧失。应用保鲜技术可延缓猕猴桃后熟软化，但消费者购买后往往无法即食。对猕猴桃果实后熟软化属性的研究主要集中在乙烯合成及信号转导、细胞壁结构及组分的变化、淀粉含量、淀粉降解酶活性及相关基因表达等方面。己糖激酶（HXK）在糖代谢和植物生命活动中发挥着重要作用。

江西农业大学农学院的董文娟、陈明、曾教科*等以‘红阳’猕猴桃为试材，研究10 mmol/L N-乙酰-D-葡萄糖胺（NAG）（HXK抑制剂）处理对猕猴桃果实常温贮藏期间软化特性、品质、呼吸速率和乙烯释放量、HXK活性以及AcHXKs基因表达的影响，进一步阐释猕猴桃后熟软化调节机制，以期为猕猴桃果实采后贮藏保鲜技术的研发提供理论依据。

1 NAG处理对猕猴桃呼吸速率和乙烯释放量的影响

呼吸和乙烯释放是猕猴桃后熟软化过程中主要的生理特性。如图1A所示，对照与处理组的呼吸速率变化趋势基本一致。贮藏前2 d呼吸速率呈下降趋势，推测是因为果实较高的田间热引起采收时的高呼吸作用。两组果实呼吸速率均在贮藏第6天达到峰值，NAG处理可显著降低呼吸峰前后的呼吸速率，但呼吸峰值无显著差异。如图1B所示，乙烯释放量主要在贮藏后期呈上升趋势，贮藏第8天开始，CK组与NAG组乙烯释放量出现显著差异，NAG处理显著延缓了乙烯的释放。由此可知，NAG处理可有效降低果实呼吸速率和乙烯释放量。

2 NAG处理对红阳猕猴桃果实品质的影响

硬度作为果实后熟软化的重要指标，是评价猕猴桃果实品质和可食性的关键因子之一。如图2A所示，猕猴桃果实硬度随着贮藏时间延长呈下降趋势，与CK组相比，NAG处理可显著延缓贮藏4～10 d硬度的下降。TSS主要由可溶性糖构成，TA则由果酸和酸式盐组成，它们是评价果实风味品质的重要指标。如图2B、C所示，与CK组相比，NAG组在贮藏2～12 d显著抑制了果实TSS含量的上升，并显著维持TA含量在较高水平，说明NAG处理有利于延缓猕猴桃果实糖酸转变和维持品质。VC是猕猴桃果实重要的营养品质之一。如图2D所示，NAG组和CK组VC含量随着贮藏时间延长呈下降趋势，处理间无显著差异。

3 NAG处理对猕猴桃多糖含量的影响

猕猴桃果实后熟软化伴随着淀粉水解和细胞壁多糖的降解。从图3可知，淀粉和原果胶质量分数随着贮藏时间延长总体呈下降趋势，与CK组相比，NAG处理可显著延缓贮藏4～12 d猕猴桃果肉淀粉和原果胶的下降。两组果肉中还原糖和可溶性果胶质量分数总体呈上升趋势，且在贮藏过程中、后期NAG组的还原糖和可溶性果胶质量分数均显著低于CK组。以上结果表明，猕猴桃在常温贮藏过程中NAG处理能显著抑制淀粉和果胶的水解，延缓果实的后熟软化过程。

4 NAG处理对猕猴桃HXK活性的影响

HXK是己糖磷酸化的关键酶，葡萄糖和果糖经过HXK磷酸化，进一步参与下游糖酵解和呼吸代谢过程。如图4所示，CK组HXK活性随贮藏时间延长呈先上升后下降趋势，而NAG处理后的猕猴桃HXK活性始终低于CK组，并在贮藏2 d后出现显著差异。结果表明，NAG处理可以显著抑制HXK活性，进而延缓淀粉水解和糖酵解过程。

5 猕猴桃HXK基因序列分析

从猕猴桃基因组中筛选获得14 个AcHXKs基因，分别命名为AcHXK1～AcHXK14。将猕猴桃HXK与拟南芥、番茄的HXK基因进行聚类分析，如图5所示，14 个AcHXKs基因分成2大类型。其中，A-型包括10 个AcHXK，分别与拟南芥的AtHXK3、AtHKL1、AtHKL2、AtHKL3和番茄SlHXK4同源；B-型包括4 个AcHXK，分别与拟南芥AtHXK1、AtHXK2和番茄SlHXK1、SlHXK2、SlHXK3同源。推测AcHXKs可能具有与其同源基因类似的功能。

6 NAG处理对猕猴桃AcHXKs基因表达的影响

由图6可知，随着贮藏时间的延长，AcHXKs呈现不同的表达趋势。其中AcHXK1～AcHXK3相对表达量随贮藏时间延长整体呈上升趋势，与CK组相比，NAG处理可显著抑制贮藏中、后期AcHXK1～AcHXK3的表达，说明AcHXK1～AcHXK3可能通过糖代谢介导猕猴桃后熟软化。CK组果实AcHXK4～AcHXK6相对表达量在贮藏0～6 d逐渐上升，随后开始下降，且NAG处理总体显著降低了贮藏4～12 d果实AcHXK4～AcHXK6的相对表达量。CK组和NAG处理果实AcHXK7～AcHXK12相对表达量在贮藏0～10 d逐渐下降，NAG处理显著上调了AcHXK7～AcHXK9基因的相对表达量，说明AcHXK7～AcHXK9可能作为糖信号分子参与猕猴桃后熟软化。AcHXK13、AcHXK14基因表达量无规律性波动。

7 相关性分析

NAG处理后，猕猴桃果实后熟软化特性、HXK活性和AcHXKs基因表达的相关性分析结果如图7所示。果肉硬度与淀粉、AcHXK4、AcHXK7～AcHXK12基因表达显著正相关（P＜0.05，P＜0.01），与可溶性果胶含量、乙烯释放量以及AcHXK3表达水平显著负相关（P＜0.05，P＜0.01）。乙烯释放量与可溶性果胶含量、AcHXK3表达水平显著正相关（P＜0.05，P＜0.01），与AcHXK10显著负相关（P＜0.05）。淀粉含量与还原糖、TSS含量和AcHXK2、AcHXK3表达水平显著负相关（P ＜0.0 5，P ＜0.0 1），与AcHXK4、AcHXK7～AcHXK10表达水平显著正相关（P＜0.05，P＜0.001）。原果胶含量与AcHXK7、AcHXK8、AcHXK11、AcHXK12表达水平显著正相关（P＜0.05）。由此说明，猕猴桃果实软化与淀粉、果胶水解以及AcHXKs基因表达水平的变化密切相关。

8 讨论

猕猴桃后熟软化是一个复杂的生理代谢过程，呼吸速率和乙烯释放是衡量其生理代谢强弱的重要指标。相关研究表明，猕猴桃果实达到可食成熟度（常温贮藏8～12 d）时，呼吸速率和乙烯释放量迅速增加，耐贮性下降。HXK是糖酵解途径的第一个限速酶，兼具催化和调节双重功能，在呼吸代谢和乙烯信号中发挥重要的作用。本实验中，NAG处理显著降低呼吸速率和贮藏后期内源乙烯的释放，且乙烯与硬度显著负相关（P＜0.05）。说明HXK正向作用于内源乙烯的生物合成，并参与猕猴桃后熟软化过程，这与对香蕉的研究结果一致。李成梁等研究发现，NAG推迟内源乙烯生物合成，且在香蕉后熟过程中乙烯和HXK之间存在相互作用。在拟南芥中也报道了HXK参与调控乙烯合成和信号反应。

猕猴桃是典型的淀粉积累型水果，后熟软化主要由淀粉水解和细胞壁降解所导致。其中，淀粉水解主要在贮藏前、中期影响果实软化，而果胶水解则在贮藏中、后期果实软化中发挥重要作用。HXK是糖酵解途径的关键酶，负责将淀粉水解后的己糖磷酸化成己糖-6-磷酸，为呼吸代谢和生命活动提供能量和中间代谢物。本研究发现，NAG可抑制HXK活性，显著延缓猕猴桃贮藏中期淀粉向还原糖的转变，以及贮藏中后期原果胶向可溶性果胶的转变（图3、4）。这与Han Peipei等的研究报道一致，NAG处理显著抑制HXK活性，延缓己糖含量的上升。此外，NAG处理可显著延缓TSS含量的上升，并维持TA含量在较高水平，且TSS含量与淀粉含量极显著负相关（P＜0.01）。说明NAG处理可延缓可溶性糖的积累，进而延缓后熟进程，该结果与NAG处理香蕉果实后熟延缓的结果相似。说明HXK可正向调控猕猴桃淀粉、果胶的水解，促进后熟软化过程。

HXK不仅调控多糖代谢，也直接参与糖信号感应和转导。植物根据亚细胞定位有4 种类型的HXK，其中A-型HXK定位于叶绿体，主要在高淀粉植物中积累，也是葡萄糖传感器；B-型HXK定位于线粒体和细胞核，具有催化和调节活性的双重功能。HXK不同类型对其活性和传感器功能至关重要。本研究发现，AcHXK7～AcHXK9为A-型HXK，受NAG处理其表达上调，且表达量与硬度显著正相关（P＜0.05）。聚类分析表明AcHXK7～AcHXK9与拟南芥AtHKL1等同源，而AtHKL1可能作为糖信号分子，通过抑制ACO基因的表达参与调控乙烯合成途径。AcHXK3为B-型HXK，与SlHXK1、SlHXK2、AtHXK1、AtHXK2等同源；并且受NAG处理其表达下调，且表达量与硬度、淀粉含量显著负相关，与还原糖、可溶性果胶含量显著正相关（P＜0.05）。有研究发现HXK1显著诱导番茄和拟南芥中β-淀粉酶和细胞壁松弛相关基因XTH等的表达下调，这表明HXK正向调控园艺植物成熟衰老的过程。Kim等也发现B-型NtHXK1对维持烟草呼吸代谢过程中的糖酵解至关重要，同时也调节淀粉的降解过程。说明AcHXK3具有类似的功能，可能通过调 控 淀粉和细胞壁代谢，参与猕猴桃后熟软化。以上结果表明，AcHXK3、AcHXK7～AcHXK9可能是参与调控猕猴桃后熟软化的关键基因。而这4 个基因是如何参与猕猴桃后熟软化，还需要进一步的实验证明。

9 结论

综上，与对照相比，NAG处理可延缓猕猴桃硬度下降、淀粉和原果胶的水解，降低呼吸速率和乙烯释放量，延缓TSS含量的上升，并维持较高的TA含量。说明NAG处理可延缓猕猴桃后熟软化进程。一方面，NAG处理可能通过抑制AcHXK3的表达水平和HXK活性，延缓猕猴桃呼吸代谢和后熟进程；另一方面，NAG维持AcHXK7～AcHXK9相对较高的表达水平，而AcHXK7～AcHXK9可能作为糖信号分子，进而抑制乙烯的合成，或参与细胞壁和淀粉的降解，从而调节猕猴桃后熟软化。因此，AcHXK3、AcHXK7～AcHXK9可能通过不同的代谢途径参与调控猕猴桃后熟软化过程。本研究结果有助于加深对猕猴桃后熟软化机理的理解，同时为研发猕猴桃后熟软化调控技术提供理论依据。

本文《猕猴桃果实后熟软化过程中己糖激酶基因的表达分析》来源于《食品科学》2023年45卷第9期189-196页，作者：董文娟，陈 明，向妙莲，陈金印，曾教科*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230424-232。点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：天津商业大学 梁雯菁；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。