揭開果實風味和質(zhì)地品質(zhì)代謝調(diào)控機制的奧秘

文/本刊記者 楊陽

水果的“好吃”是由什么決定的？通常，影響果實風味的物質(zhì)包括糖、有機酸以及芳香物質(zhì)。人們對果實的糖、酸品質(zhì)關注更多，而實際上芳香物質(zhì)能夠強化消費者對果實品質(zhì)的感官記憶，正成為增進消費者傾向的主要原因，質(zhì)地則對口感的影響更為重要。果實經(jīng)過貯藏物流過程通常感官品質(zhì)會下降，正是由于風味物質(zhì)水平降低以及果實質(zhì)地變化所引起的，但其內(nèi)在的機制仍有待澄清。

“生鮮食用農(nóng)產(chǎn)品物流環(huán)境適應性及品質(zhì)控制機制研究”項目組（以下簡稱項目組），針對果實風味和質(zhì)地品質(zhì)代謝調(diào)控機制展開研究，取得重要進展。

揭示機理：抓住影響果實風味品質(zhì)的關鍵

項目組通過研究，揭示出表觀遺傳學機制參與了低溫對番茄等果實風味品質(zhì)的調(diào)控。首先，項目組利用體外（in vitro）原核表達技術和體內(nèi)（in vivo）過量表達技術，先后鑒別出了參與果實芳香物質(zhì)生物合成的結構基因10多個；其次，采用煙草雙熒光素酶技術并結合凝膠遷移分析技術（EMSA）鑒別出了可以直接結合上述結構基因啟動子并激活轉錄的轉錄因子多個，包括AP2/ERF和bZIP等；最后，研究發(fā)現(xiàn)采后低溫貯藏能誘導番茄基因組DNA甲基化瞬時增加，其中與芳香物質(zhì)合成相關的關鍵酶編碼基因以及與果實成熟相關的重要轉錄因子的編碼基因的甲基化水平發(fā)生改變，這些關鍵基因DNA甲基化水平的增加影響了基因的轉錄和關鍵蛋白的合成，最終影響了芳香物質(zhì)的產(chǎn)生，并導致了低溫貯藏后果實風味品質(zhì)的損失。相關研究發(fā)現(xiàn)得到了《科學》（Science）的正面評述，《分子植物》（Molecular Plant）也以Spotlight（視點）的方式進行報道。美國化學學會ACS發(fā)文專題報道了項目組關于低溫影響果實芳香物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。同時，美國紐約時報（The New York Times）、英國BBC、美國NBC電視臺、科技日報、參考消息、新華網(wǎng)等諸多國際和國內(nèi)新聞媒體對該研究成果給予關注。項目組有關果實采后貯藏物流過程中芳香物質(zhì)的調(diào)控研究結果先后在《美國科學院院報》（PNAS）（IF5-y=10.359）、《植物生理學》（Plant Physiol）（IF5-y=6.620）、《植物細胞與環(huán)境》（Plant Cell Environ）（IF5-y=6.151）和《實驗植物學》（J Exp Bot）（IF5-y=6.044）等期刊發(fā)表了系列論文，研究進展為園藝作物成熟及采后芳香品質(zhì)調(diào)控提供了新依據(jù)，也是實現(xiàn)采后貯藏物流技術改進的重要支撐。

果實成熟期間的糖酸品質(zhì)直接影響采后果實的商品性。果實中的糖積累和酸降解是成熟期間和采后品質(zhì)生物學的研究熱點。項目組的研究確定了柑橘果實檸檬酸降解過程中的關鍵基因CitAco3，發(fā)現(xiàn)了轉錄因子CitNAC62與CitWRKY1可轉錄激活CitAco3，兩者可形成轉錄復合體協(xié)同調(diào)控CitAco3進而促進柑橘果實檸檬酸降解。此外，項目組還分離鑒定了一類柑橘果實糖轉運蛋白SWEET，研究明確了相關成員CitSWEET14參與柑橘果實蔗糖積累。據(jù)此，項目組認為通過控制果實成熟期間的環(huán)境溫度以及采后熱激處理等手段，既可有效地改善果實品質(zhì)，同時還可以實現(xiàn)采后防腐劑處理的減量增效效應。研究結果在《實驗植物學》（J Exp Bot）（IF5-y=6.044）等期刊上發(fā)表。

1.項目組推進與日本京都大學的交流合作

2.美國伊利諾伊州州長來訪

質(zhì)地是鮮活農(nóng)產(chǎn)品貯藏物流特性的內(nèi)在基礎。果蔬采后質(zhì)地變化包括軟化（蘋果、獼猴桃、柿、番茄等）、木質(zhì)化（枇杷等）、自溶（龍眼等）等。研究發(fā)現(xiàn)淀粉降解、細胞壁降解、膜脂氧化均可影響果實質(zhì)地變化，這些過程不僅直接決定了貯藏性，同時也影響著產(chǎn)品的口感品質(zhì)。通過轉錄組結合分子生物學研究，明確了調(diào)控獼猴桃果實軟化啟動的新型轉錄錄因子AdDof3等，發(fā)現(xiàn)了獼猴桃和柿等果實AP2/ERF靶向調(diào)控XTH，影響軟化；提出了果實采后木質(zhì)化的多轉錄因子協(xié)同調(diào)控模式，包括HSF-AP2-MYB轉錄因子復合體和NAC轉錄因子。研究成果先后在《植物生理學》（Plant Physiol）（IF5-y=6.620）、《 植 物 細 胞 與 環(huán)境 》（Plant Cell Environ）（IF5-y=6.151）、《植物生物技術》（Plant Biotechnol J）(IF5-y=6.107)和《實驗植物學》（J Exp Bot）（IF5-y=6.044）等期刊上發(fā)表。

“根據(jù)這些新發(fā)現(xiàn)，我們可以更為精準地改進采后貯藏物流技術，以維持更佳的產(chǎn)品品質(zhì)。”項目組負責人陳昆松說。

成果落地：為農(nóng)產(chǎn)品采后減損提供保障

研究成果的最終目標是落地，為解決產(chǎn)業(yè)問題提供系統(tǒng)方案。陳昆松說：“本項目屬于基礎性研究，相關研究成果的技術研發(fā)以及后續(xù)的成果推廣，更需要關注。我們項目研究發(fā)現(xiàn)，采后貯藏物流的溫度顯著影響果實芳香物質(zhì)的損失，這一發(fā)現(xiàn)為更為精準控制采后貯藏物流微環(huán)境溫度提供了直接的科學理論支撐。”陳昆松說，“在質(zhì)地調(diào)控方面，通過解析質(zhì)地調(diào)控關鍵基因，為相關技術如程序降溫的溫度梯度和階梯溫度維持時間等的精準優(yōu)化提供了新的科學依據(jù)，可為農(nóng)產(chǎn)品采后減損提供技術保障。”

項目組通過基礎研究成果進展，及時與技術創(chuàng)新進行對接，先后研發(fā)一批新技術、新方法、新工藝、新產(chǎn)品和新標準，可應用于生鮮食用農(nóng)產(chǎn)品的采后貯藏物流，并可對現(xiàn)有技術體系進行改進和完善。以柑橘為例，通過研究成果對相關技術體系的優(yōu)化和整合應用，有效地延伸了浙江柑橘果實物流銷售的市場半徑，由原來的江、浙、滬、京、魯?shù)仁袌觯由熘寥珖魇∈校徊捎眠m溫物流技術可減損20%左右，節(jié)能近50%；研究成果的應用實現(xiàn)了柑橘果實采后減損增效的目的，該成果獲得2017年浙江省科技進步獎一等獎。

陳昆松說：“通過項目研究成果的應用，老百姓可以吃到更安全、更新鮮的高品質(zhì)生鮮食用農(nóng)產(chǎn)品。”

國際合作：科技發(fā)展的助推器

未來科研的趨勢必然是學科交叉與融合，科學與技術的相得益彰。

國際合作是科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展助推器，加強國際科技合作與交流，有效利用包括人才、技術、知識和理念等全球科技資源，是加快推進國家創(chuàng)新能力建設的重要手段。對于基礎前沿類項目，開展國際合作是實現(xiàn)我國從“跟跑、并跑”轉向“并跑、領跑”的重要途徑，也是快速接軌國際前沿研究的捷徑。因此，加強國際交流與合作，既是科學研究發(fā)展的必然趨勢，也是產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展與完善的重要途徑。

項目組高度重視國際合作，加強科學研究國際化，特別是“以我為主”的國際合作研究。項目組兩年多來已發(fā)表論文中，有20%論文是跨國合作的產(chǎn)物（其中IF5-y＞5的研究論文占60%，且大多數(shù)為“以我為主”的合作研究），可見國際合作有利于高水平論文的產(chǎn)生。項目牽頭單位浙江大學與英國牛津出版社合作，在2017年3月創(chuàng)立了《Food Quality and Safety》（FQS）期刊，由項目首席科學家陳昆松教授和歐洲科學院院士Mondher Bouzayen共同擔任主編。2017年4月，《科學》（Science）雜志對FQS進行專題報道，引起國際同行關注。2017年11月被ESCI收錄，2018年4月被DOAJ收錄。

同時，項目組組織、聯(lián)合組織國際會議6次，參加國際學術會議27人次。項目組在浙江大學組建了首個海外學術大師工作室，從發(fā)達國家引進了6名院士，其中英國皇家科學院院士Donald Grierson博士于2017年4月起長聘于浙江大學，同年入選中國工程院外籍院士。

“通過這些做法，加強了與國際頂級同行的合作與交流，在促進自身研究水平提高的同時，也加快了我們的相關研究躋身世界先進行列。”陳昆松對記者說道。

保障機制：協(xié)同合作促進項目執(zhí)行和進展

除了研究對象水果外，項目研究還包括糧食、蔬菜和水產(chǎn)品等鮮活食用食品，涉及了多個課題、多個對象、多個團隊，課題及團隊間的協(xié)同合作，也是項目組織協(xié)調(diào)的最大挑戰(zhàn)，特別是將各自的已有研究慣性凝聚到項目的共同研究目標。據(jù)陳昆松介紹，為了保障項目實施，項目組聘請武維華院士牽頭組建了項目技術咨詢專家組，建立了以項目首席科學家為組長的項目執(zhí)行專家組，以及項目管理辦公室負責日常事務協(xié)調(diào)與組織；采用項目首席專家負責制，課題負責人責任制和團隊負責人任務落實制的分級管理策略，建立并完善了項目成果的考核與評價方法。同時，形成了項目內(nèi)協(xié)同推進會的常態(tài)化機制，即不定期召開單一課題或若干課題的執(zhí)行進展協(xié)同推進會，加強課題之間的協(xié)同互動，促使各研究團隊間凝聚項目目標，督促、協(xié)調(diào)課題間的執(zhí)行進展，確保項目任務分解實施順利。

為了加強項目成果的宣傳和項目內(nèi)的及時交流，不定期出版項目“簡訊”，主要包括傳達、通報上級部門的項目管理文件、科技部組織的項目會議、項目及課題的協(xié)同推進情況、項目最新研究進展（IF5-y＞5的論文，重要發(fā)明專利、標準、獎勵，重要理論與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略等）。至今已經(jīng)出版了28期簡訊。同時，也建立了協(xié)同推進會機制。不定期召開單一課題或若干課題的執(zhí)行進展協(xié)同推進會，加強課題之間的互動，促使各研究團隊間進一步形成共識，確認優(yōu)先重大科學問題，及時督促、協(xié)調(diào)課題執(zhí)行和進展。

通過項目組的協(xié)同合作，促進了項目的順利實施，并取得良好進展。截止2018年9月，項目組共發(fā)表研究論文107篇，其中82篇為SCI收錄論文（IF5-y＞5的論文21篇）；已授權實用新型專利4件，申請國家發(fā)明專利30件和實用新型專利1件；制定并發(fā)布了1件國際標準，2件行業(yè)標準；研究成果獲得了省部級一等獎1項。