还原型Vc抑制鲜切马铃薯愈伤组织形成机理的研究

Healing repair is a biological characteristic of potato, which has drawn much attention in the field of preventing mechanical injury and pest of potato. However, little research has been done on control the repair of the healing tissue and maintain the quality for fresh-cut potatoes. This project uses cell biology, metabolomics and other methods to study the inhibitory effects of L-ascorbic acid (AsA) on the formation and regulation mechanism of fresh-cut potato healing tissue. The major research content including: 1. The effect of AsA treatment on the formation of reactive oxygen species (ROS) inducing healing tissue in fresh-cut potato was investigated and the content of H2O2 and the subcellular localization of fresh-cut potato were analyzed; 2. The relationship between gene expression and enzyme activity on ROS metabolic enzymes (CAT, POD, APX, GR, POD, NOX, SOD) and phenylpropane metabolic enzymes (PAL, C4H, 3CH) were investigated, and the key target genes of POD, NOX, SOD gene family which regulating the ROS metabolism were screened; 3. Targeted metabolomics was used to study the metabolic pathways and regulation of monomeric phenol, polymer phenol and lignin in fresh-cut potato healing tissue and characterize the healing tissue cell structure to elucidate the role of H2O2-mediated POD gene family in the polymerization of monophenols to dimers and multimers.

马铃薯具有自身愈伤修复的特性，该特性在马铃薯受到机械伤害后的防御修复过程中所发挥的作用倍受关注，但针对鲜切马铃薯而言，如何有效控制愈伤修复，以保持其新鲜品质的研究未见报道。本项目利用细胞生物学、代谢组学等知识与手段，研究还原型Vc(AsA)抑制鲜切马铃薯愈伤组织形成及其调控机理。研究内容：1.研究AsA处理鲜切马铃薯对活性氧(ROS)诱导愈伤组织形成的影响，分析H2O2含量及其亚细胞定位；2.研究ROS代谢酶系CAT、POD、APX、GR、POD、NOX、SOD和苯丙烷代谢酶系PAL、C4H、3CH等基因表达与酶活性关系，筛选POD、NOX、SOD基因家族中调控ROS代谢的靶基因；3.利用靶向代谢组学技术，研究鲜切马铃薯愈伤组织中单体酚、聚合体酚和木质素的代谢通路及其调控，并对愈伤组织细胞结构进行表征，阐明H2O2介导下的POD基因家族在单体酚聚合形成二聚体和多聚体过体过程中所发挥作用。

鲜切马铃薯因具有新鲜、方便、营养等特点被广泛应用于快餐行业，但由切分加工造成的机械损伤会引起鲜切马铃薯表面快速形成致密粗糙的愈伤组织，极大的降低鲜切产品品质，因此研究鲜切马铃薯愈伤抑制技术具有重要意义。本项目采用还原型Vc处理鲜切马铃薯，研究贮藏过程中鲜切产品主要品质指标、苯丙烷代谢和活性氧代谢关键物质和酶活性的变化，同时利用转录组学和代谢组学联合分析还原型Vc处理抑制鲜切马铃薯愈伤进程的生理和分子机制。结果表明低浓度还原型Vc处理可有效保持贮藏过程中鲜切马铃薯品质，延缓褐变和表面硬化，改善口感，降低失重率和呼吸速率，增加总酚和类黄酮含量；通过降低苯丙烷代谢相关酶活性，抑制愈伤组织形成底物如酚酸单体（咖啡酸、对-香豆素酸和阿魏酸）等物质的合成；此外，还原型Vc还通过降低活性氧（ROS）水平，提高多种抗氧化酶活性及抗坏血酸-谷胱甘肽循环来抑制ROS作为伤信号对愈伤组织形成的诱导。两组学综合分析结果显示，切割伤害在短时间内会快速诱导鲜切马铃薯组织谷胱甘肽代谢，还原型Vc处理后降低了这种诱导作用，并且进一步通过维持淀粉代谢，抑制蔗糖降解和脂肪酸合成来影响鲜切马铃薯愈伤进程，这些代谢途径中的关键基因包括StGST、StPAL、StPHO1和StLOX5，关键代谢物质包括淀粉、蔗糖和亚油酸。根据还原型Vc处理的保鲜效果，本项目开发了真空包装+还原型Vc处理的保鲜方法，此方法可以有效保持鲜切马铃薯整体品质，减缓营养物质消耗，抑制愈伤组织形成，特别是对鲜切马铃薯风味有较好的维持作用，可以延缓鲜味流失，抑制贮藏过程中苦味及己醛、反,反-2,4-癸二烯醛、反,反-2,4-壬二烯醛、反-2-壬醛及1-辛烯-3-酮等不良风味化合物产生。本研究不仅深入揭示了还原型Vc处理抑制鲜切马铃薯愈伤组织形成的机理，为提高鲜切马铃薯感官及营养品质提供理论依据，同时也开发了一种安全和易于使用的鲜切马铃薯保鲜方法。