利用代谢组学技术研究2, 4-二氯苯氧乙酸保鲜柑橘的作用机理

2, 4-Dichlorophenoxyaceatic acid (2, 4-D) is an important preservative to keep the quality of postharvest citrus fruit, however, it is controversial for using of 2, 4-D to postharvest handling. Hence, searching for natural and high effective preservatives is an important issue to be resolved in citrus postharvest industry. Previous transcriptomic and proteomic researches showed that the expression of abundant metabolism related genes and proteins in citrus fruit were induced by 2, 4-D treatment, this result indicates that the ingredients and contents of metabolites in fruit would be changed by 2, 4-D, but it is lack of experimental proof. In this project, ‘Newhall’ orange (Citrus sinensis osbeck ‘newhall’) will be selected as experimental material, and GC-MS and GC, HPLC-MS and HPLC will be used to identify the difference in the components and contents of primary metabolites and secondary metabolites in tissues of flavedo, albedo and fresh between control and 2,4-D treatment at 8 periods after treatment. Data mining of the metabolomics profiling will be performed by methods of statistical and cluster used in bioinformatics analysis to obtain the key tissue and period and pivotal metabolites in the process of quality maintenance by 2, 4-D. The results of this project will furtherly illuminate the mechanism upon 2, 4-D preserving citrus fruit postharvest quality and provide theoretical bases for searching natural and high effective preservatives.

2, 4-二氯苯氧乙酸（2, 4-D）是柑橘采后贮藏中重要的保鲜剂，但其安全性仍存争议，寻找天然高效保鲜剂是柑橘采后面临的重要问题。前期转录组和蛋白组研究表明，2, 4-D处理柑橘果实后持续诱导大量代谢相关基因和蛋白表达，暗示了处理后代谢产物的组分和含量也可能发生改变，但缺乏相关实验研究。本项目拟以纽荷尔脐橙（Citrus sinensis osbeck ‘newhall’）为材料，利用GC-MS、HPLC-MS、GC、HPLC研究2, 4-D处理后果实不同组织（黄皮层、白皮层和果肉）中初生代谢产物和次生代谢产物在8个贮藏时期的组分和含量差异。进一步通过生物信息学的统计和聚类方法深入挖掘数据，获得决定2, 4-D保鲜作用的关键组织部位、关键时期和关键代谢产物。通过此研究能够了解2,4-D的保鲜作用机理，同时为筛选安全有效的2, 4-D天然替代品提供科学依据。

2, 4-二氯苯氧乙酸（2, 4-D）是重要的柑橘保鲜剂，但安全性存在争议，了解其作用机理可为寻找安全高效的替代品提供依据。前期转录组和蛋白组研究表明，2, 4-D可诱导果皮中大量代谢相关基因和蛋白的表达。为了进一步弄清楚2, 4-D调控的关键代谢物质，以及起作用的关键时期和果实组织部位，本研究利用HPLC检测了2, 4-D处理后果实的总果皮、果肉、黄皮层和白皮层中的14种初生代谢产物，包括3种可溶性糖（果糖、葡萄糖和蔗糖）和11种有机酸（柠檬酸、草酸、酒石酸、奎尼酸、苹果酸、乌头酸、乳酸、抗坏血酸、乙酸、富马酸、琥珀酸）在贮藏84 d内的变化；同时利用非靶向代谢组学技术检测了2, 4-D处理后的果皮组织在贮藏60 d天的差异代谢物。结果如下：2,4-D处理后果皮中果糖含量升高，葡萄糖和蔗糖含量降低；果肉中三种糖含量均增加。不同组织部位可溶性糖的分布不同。果糖在四个组织中的浓度分布无明显差异；葡萄糖在白皮层中的含量略高；蔗糖在果肉中含量最高。贮藏过程中果皮和果肉可溶性糖高峰有时间差，分别出现在采后7 d和42 d。2,4-D处理后有机酸含量上调。处理组果皮11种有机酸含量均增加，尤其是柠檬酸在处理后持续显著增加。果肉奎尼酸、苹果酸、乌头酸、乳酸、抗坏血酸和乙酸在处理后28 d内下降，而柠檬酸、草酸、酒石酸、富马酸和琥珀酸则受2,4-D诱导上升。黄皮层和白皮层中大多数有机酸含量以上调为主。2,4-D处理对四种组织内总酚含量的影响不显著。处理组的总果皮和黄皮层的黄酮含量增加。代谢组数据表明，贮藏15 d、30 d、45 d、60 d时分别有1014、1066、898和1970个差异离子。在贮藏的早期（15d）代谢水平以上调为主；贮藏后期（60 d）代谢水平则以下调为主。但由与采用的非靶代谢组检测技术无法准确定性产物，后续功能分析难以深入。综合初生产物和代谢组结果得出，处理后42天左右是2,4-D在代谢水平起作用的关键时期。