自然和人类选择重塑了桃的代谢组

　　2022年7月4日，中国农业科学院郑州果树研究所研究员王力荣团队和海南大学罗杰教授联合在Genome Biology发表了题为“Combined nature and human selections reshaped peach fruit metabolome”的研究成果。该文章系统的阐述了桃这一代表性果树作物的果实代谢谱，分析了进化过程中代谢物的变化。氨基酸类物质在桃应对低温和干旱胁迫中具有重要作用，并且通过多组学分析发现，果实中的重要营养物质类黄酮，随着苦味的降低，在进化过程中表现为下降趋势。此外，研究发现，除了柠檬酸，有16种代谢物在育成品种的东、西方品种群存在明显差异，呈现区域选择特征，其中8种被报道与抗癌活性相关。体外抗癌活性分析证实，西方品种群相对于地方品种、东方育成品种群(中、日韩)的果实具有较强的抗癌活性。结合mGWAS结果，即在上述8种抗癌物质中，有6种都定位在第5染色体酸含量位点的临近区域，本研究推测可能正是东、西方育种家和消费者对桃果实风味的选择导致了不同品种群抗癌活性的差异。为今后改善桃的风味、营养和抗性提供了有力的数据，并扩展了我们对自然选择和人工选择对代谢产物影响的认识。迈维代谢为本研究提供了群体代谢组检测及mGWAS分析服务!

　　桃(Prunus persica)是世界上消费最广泛的水果作物之一。桃果及其制品提供了人类饮食中许多必需和有益的营养物质。众所周知，粮食作物的风味和营养价值最终是由其化学成分决定的。追踪植物在驯化和改良过程中的代谢模式是探索自然、人类和植物相互作用的重要途径。比如说，小麦驯化的特征首先是不饱和脂肪酸的减少，然后是不同阶段氨基酸含量的改变。与大田作物不同，果实作物的驯化倾向于减少苦味和酸度，增加甜味和诱人色。然而，人工选择如何重塑水果作物的代谢物分布仍是一个很大的未知数。作为固着生物，植物已经进化出一种独特而复杂的对环境胁迫的反应，通过调节新陈代谢来逃离不利条件。在桃子中，有报道记录了冷藏和UV-B照射下果实代谢产物水平的变化。然而，外界环境和人类选择对代谢物的影响知之甚少。

图1. 桃的代谢组分析

　　本研究通过广泛靶向代谢组学在252份不同品种桃中鉴定到1858个代谢特征，并与已有的486,009个高质量SNPs进行mGWAS分析。共发现18,052个显著的位点-性状关联位点、12,691个表达代谢物相关位点和294,676个eQTLs。结果表明，地方品种积累的氨基酸可能参与了桃子对低温和干旱的环境适应。在驯化和改良过程中，果实主要营养成分类黄酮含量均呈下降趋势，且苦味降低。而柠檬酸在育种者的选择和消费者对风味的偏好下，东西方品种表现出显著差异。这与来自这两个地区的水果体外抗癌细胞活性的差异有关。在鉴定出调控黄酮和酸含量的关键基因的基础上，作者提出，桃类黄酮和酸含量的关键基因与苦味、酸味、抗氧化和潜在抗癌活性基因均位于第5号染色体前端，因此应设计更精准、更有针对性的育种技术，有助于改良功能含量丰富的桃品种。

图2. mGWAS和eQTL信号的基因组分布

图3.类黄酮相关SNP热点区域候选基因的鉴定

图4. 调节l -缬氨酸含量的关键基因的发现

图5. 抗癌代谢产物及其调控基因的鉴定