《Postharvest Biology and Technology》：Comparative transcriptome-based mechanistic insights into the involvement of the HuNAC2-HuNAC100 complex in modulating chilling injury in
Hylocereus polyrhizus
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火龍果低溫儲存導致 chilling injury，通過表型、轉錄組和分子生物學分析，發現 NAC轉錄因子 HuNAC2 和 HuNAC100 下調，抑制抗氧化基因 HuAPX8 和 HuGPXMC1 表達，降低 AsA 和 GSH 積累，引發氧化損傷。
作者：丁婷、宋文、羅東蘭、巴亮杰、陳建業
單位：中國華南農業大學園藝學院，教育部南方園藝產品保鮮工程技術研究中心/廣東省果蔬采后科學重點實驗室，廣州510642
摘要
火龍果因其獨特的外觀和營養價值而成為全球流行的水果。然而，作為一種熱帶水果，火龍果容易受到冷害的影響，這會顯著降低其品質。本研究通過表型分析、轉錄組分析和分子生物學綜合研究，探討了紅肉火龍果‘Jindu No.1’在冷害過程中涉及的潛在調控途徑。利用計算機斷層掃描（CT）進行的表型評估顯示，隨著冷害的發展，活性氧（ROS）逐漸積累。比較轉錄組分析發現，參與抗壞血酸（AsA）和谷胱甘肽（GSH）代謝的兩個重要結構基因：HuAPX8和HuGPXMC1在低溫脅迫下受到抑制，導致AsA和GSH的積累減少。加權基因共表達網絡分析（WGCNA）顯示，HuAPX8和HuGPXMC1的候選轉錄因子HuNAC2和HuNAC100被歸類為同一模塊。實時定量PCR（RT-qPCR）檢測表明，HuAPX8、HuGPXMC1、HuNAC2和HuNAC100在低溫脅迫下的表達水平均下降。電泳遷移率實驗（EMSA）顯示，HuNAC2和HuNAC100直接結合到HuAPX8和HuGPXMC1的啟動子上。值得注意的是，HuNAC2與HuNAC100相互作用形成蛋白質復合物，并直接共同激活HuAPX8和HuGPXMC1的轉錄。總之，我們的研究結果表明，低溫脅迫抑制了HuNAC2-HuNAC100復合物及其目標基因HuAPX8和HuGPXMC1的表達，從而阻礙了AsA和GSH的積累，導致采后火龍果發生冷害。
引言
火龍果，又稱龍果，是一種攀緣仙人掌果實，主要屬于和屬。它原產于墨西哥、中美洲和南美洲的熱帶地區（Fan等人，2014年）。這種水果以其獨特的外觀和營養價值而受到重視。根據果皮和果肉的顏色，火龍果可以分為三種類型：Hylocereus polyrhizus具有紅色果皮和紅色果肉，Hylocereus undatus具有黃色或紅色果皮和白色果肉（Ibrahim等人，2018年；Li等人，2022a年；Chen等人，2023b年；Chen等人，2025年；Zheng等人，2025年）。其中，紅肉火龍果因其鮮艷的顏色和營養價值而特別受到重視（Khoo等人，2022年；Shah等人，2023年；Xie等人，2023年）。火龍果是一種非成熟型水果，由于其高水分含量、代謝活躍以及易受病原體侵襲，其品質在采后儲存過程中會迅速下降（Wang等人，2024年）。已經開發出多種方法來提高火龍果的儲存品質，包括電解水處理（Ding等人，2024年）、熱空氣預處理（Li等人，2022b年）、低溫儲存（Dai等人，2022年）和胰蛋白酶處理（Li等人，2020年）。其中，低溫儲存是一種重要且有效的技術，可以保持食品品質、確保安全并減少全球供應鏈中的食物浪費。低溫儲存，也稱為冷藏或冷凍儲存，是一種利用控制低溫來減緩易腐產品自然腐爛過程的方法。然而，長時間的低溫儲存可能導致冷害，如果皮凹陷、變色和果實成熟異常。目前，火龍果冷害的機制尚不完全清楚（Shan等人，2014年；Song等人，2020年；Song等人，2022年；Xiao等人，2023b年；Si等人，2024年）。當植物受到冷害時，其正常的代謝平衡會被破壞，導致活性氧（ROS）的產生增加。ROS如O2•?和H2O2是高度反應性的含氧分子，過量的ROS積累會導致氧化應激，損害DNA并破壞細胞膜（Del Rio等人，2006年；Murphy等人，2022年；Mishra等人，2023年）。植物體內含有酶促和非酶促抗氧化劑。其中，AsA-GSH循環和GPX抗氧化系統共同作用，維持細胞的氧化還原平衡。AsA-GSH循環和GPX抗氧化系統密切相關，共享GSH作為共同底物。AsA-GSH循環是植物中最豐富且研究最充分的水溶性抗氧化系統（Asada，1999年；Foyer和Shigeoka，2011年；Ishikawa和Shigeoka，2008年；Jardim-Messeder等人，2023年）。APX、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）和GR是AsA-GSH循環中的關鍵酶。參與AsA-GSH循環的基因過表達可以增強植物的抗逆性，而敲除這些基因則會延緩生物過程（Liang等人，2025年；Liang等人，2024年；Wang等人，2021年）。例如，PbrMYB5的過表達通過激活PbrDHAR2的表達來增強對冷害的耐受性（Xing等人，2019年）。此外，多種處理方法，包括鎂缺乏、高光照強度、外源水楊酸甲酯處理、部分根區干燥灌溉和β-離子酮處理，可以通過增加參與AsA-GSH循環的基因表達來增強植物的抗逆性（Cakmak和Marschner，1992年；Chotikakham等人，2020年；Zhang等人，2022年；Mu等人，2025年；Zha等人，2026年）。除了AsA-GSH循環外，谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）抗氧化系統也是管理氧化損傷的重要機制。在植物中，GPX利用GSH或硫氧還蛋白（TRX）作為還原劑來執行其解毒功能（Flohe，1971年；Bela等人，2015年；Bela等人，2022年；Pei等人，2023年）。在低溫處理下，GPX會被誘導（Passaia等人，2013年）。類似的結果也在小麥（Tyagi等人，2018年）、番茄（Heidari等人，2021年）、辣椒（Wang等人，2023a年）和Pogostemon cablin（Fu等人，2025年）中觀察到。在脅迫條件下，AsA-GSH循環作為主要的解毒系統保持細胞內部環境的穩定，而GPX則為膜提供針對性保護，并作為分子“警報”來協調植物的生存策略。
轉錄因子（TFs）在植物應激反應中起著重要作用。TFs如C2H2型鋅指蛋白、bHLH、bZIP、MYB、WRKY、HSF、ERF和NAC通過調節與AsA-GSH循環和GPX抗氧化系統相關的基因表達來調控植物的抗逆性（He等人，2019年；Liu等人，2019年；Li等人，2021年；Zhou等人，2022年；Liu等人，2023年；Tian等人，2023年；Si等人，2024年；Liao等人，2025年；Lin等人，2025年）。在獼猴桃中，bZIP蛋白AcePosF21與AceMYB102相互作用并激活AceGGP3以產生AsA（Liu等人，2023年）。熱水處理通過抑制MaHsf24的表達來減輕香蕉的冷害，MaHsf24是MaAPX1和MaMDAR4HuAPX8和HuGPXMC1的抑制有關。加權基因共表達網絡分析（WGCNA）結果表明，HuNAC2和HuNAC100是HuAPX8和HuGPXMC1的候選轉錄因子。同時，在CT條件下，HuAPX8、HuGPXMC1、HuNAC2和HuNAC100的表達均受到抑制。分子分析顯示，HuNAC2和HuNAC100直接結合到HuAPX8和HuGPXMC1的啟動子上。此外，HuNAC2與HuNAC100相互作用形成HuNAC2-HuNAC100復合物，激活了HuAPX8和HuGPXMC1的轉錄。總體而言，CT通過抑制HuNAC2-HuNAC100復合物及其目標基因HuAPX8和HuGPXMC1的表達，導致AsA和GSH的積累減少以及抗氧化活性下降。我們的發現為火龍果冷害機制提供了新的見解，并確定了潛在的基因，為通過靶向調控來改善低溫儲存期間的品質提供了理論基礎，為開發高效的保鮮技術奠定了重要的理論和分子基礎。這項工作對于延長火龍果的保質期、減少采后經濟損失以及促進火龍果生產和流通鏈的可持續發展具有重要的實際意義。
植物材料和處理
‘Jindu No.1’火龍果（紅色果皮帶綠色鱗片，紅色果肉）在成熟度為70%時，于9月從中國南部廣州附近的一個商業農場收獲，并迅速運送到實驗室。果實用500 mg L?1的丙環唑處理兩分鐘，然后在通風良好的地方風干。僅選擇沒有機械損傷、病蟲害且成熟度均勻的樣本。樣本分別儲存在1°C（冷處理溫度，CT）和7°C（非冷處理溫度，N-CT）下
CT儲存會導致火龍果發生冷害
在CT條件下儲存的火龍果在五天后出現輕微的冷害癥狀，且隨著儲存時間的延長，這些癥狀逐漸加重（圖1A）。MDA和H2O2的水平以及O2•?的產生率在CT條件下逐漸增加（圖1B-D）。12天時，CT條件下的MDA含量是N-CT條件下的2.00倍；H2O2含量是N-CT條件下的1.75倍。O2•?含量在9天時達到峰值
討論
冷藏通常用于保持農產品的品質。然而，長時間的儲存可能會引起冷害，從而降低其營養價值和商業價值。在長期冷脅迫下，由于編碼酶促抗氧化劑（如GST）的基因受到抑制，可能會導致冷害（Song等人，2021年；Lin等人，2024年）。此外，非酶促抗氧化劑（如黃酮類和黃酮醇類）的抑制也可能導致冷害
結論
在CT條件下儲存的火龍果果肉發生了嚴重的冷害。全面的轉錄組分析顯示，冷脅迫抑制了HuAPX8和HuGPXMC1的表達，這兩種基因是AsA-GSH循環和GPX抗氧化系統中的關鍵基因，導致ROS清除能力受損。此外，NAC轉錄因子HuNAC2和HuNAC100在冷脅迫下下調，并分別直接激活了HuAPX8和HuGPXMC1的轉錄。此外，
CRediT作者貢獻聲明
巴亮杰：撰寫原始稿件、獲取資金。丁婷：數據可視化、數據整理。宋文：撰寫原始稿件。羅東蘭：方法學研究。陳建業：撰寫、審稿和編輯。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本工作得到了國家自然科學基金（編號32160595）的支持。
