高媛，何昭穎，崔廣祿，代艷俠，平華，馬智宏

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所，北京 100097）（2.北京市大興區(qū)種植業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102600）

番茄果實(shí)含有豐富的糖類、Vc、類胡蘿卜素、酚酸、礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)素，其獨(dú)特的風(fēng)味也受到廣大消費(fèi)者的青睞。其中揮發(fā)性香氣物質(zhì)是番茄風(fēng)味品質(zhì)的重要組成部分，與糖、酸一起，共同影響著消費(fèi)者對(duì)番茄產(chǎn)品的感官選擇及喜愛(ài)程度[1-3]。

目前，番茄中已經(jīng)有400多種揮發(fā)性組分被分離鑒定，根據(jù)其前體物質(zhì)不同主要分為三類，包括源于脂肪酸降解產(chǎn)生的C6/C9類化合物，源于氨基酸代謝生成的芳香族類，以及源于類胡蘿卜素代謝的降異戊二烯類。其中，降異戊二烯類芳香物質(zhì)雖然在番茄果實(shí)中含量不高，但由于其極低的嗅覺(jué)閾值，少量存在即可產(chǎn)生較大的感官影響，從而對(duì)番茄風(fēng)味起著舉足輕重的作用。

降異戊二烯類物質(zhì)種類較多，合成路徑也比較復(fù)雜。目前對(duì)番茄果實(shí)中降異戊二烯類物質(zhì)的合成及調(diào)控機(jī)理的分析還較少。本文介紹了番茄果實(shí)中類胡蘿卜素降解產(chǎn)生的降異戊二烯類香氣物質(zhì)組成及其生物合成途徑，并對(duì)其代謝相關(guān)酶和調(diào)控機(jī)制進(jìn)行概述，以期為開展番茄風(fēng)味研究工作提供參考。

1 番茄中的降異戊二烯組分

番茄果實(shí)中的香氣物質(zhì)主要來(lái)源于三條合成路徑，分別是：1）脂氧合路徑：以脂肪酸為前體物，通過(guò)一系列氧化降解生成直鏈脂肪醇、醛、酸、酯；2）氨基酸代謝路徑：即以支鏈氨基酸和芳香族氨基酸為前體，產(chǎn)生支鏈脂肪族和芳香族類化合物；3）異戊二烯代謝路徑：以類胡蘿卜素為前體，生成降異戊二烯（Norisoprenoids）及其衍生物[4]。這些揮發(fā)性組分相互作用，共同決定了番茄果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)。香氣成分對(duì)果實(shí)風(fēng)味所產(chǎn)生的感官貢獻(xiàn)，一般以香味活力值（香氣物質(zhì)含量與其閾值的比率，Odor Activity Value，OAV）來(lái)表征。目前，人們普遍認(rèn)為番茄中的16種化學(xué)物質(zhì)，具有最積極的香氣活力系數(shù)（OAV＞1）[2,5-6]，包括順式-3-己烯醛、己醛、1-戊烯-3-酮、反式-2-己烯醛、反式-2-庚烯醛、順式-3-己烯醇，來(lái)源于脂氧合路徑，主要提供青草香氣；2,3-甲基丁醛、2-異丁基噻唑，1-硝基-2-乙基苯、2-苯乙醛、2-苯乙醇、3-甲基丁醇、水楊酸甲酯均來(lái)自于氨基酸代謝路徑，賦予番茄果實(shí)花香/泥土味；β-紫羅蘭酮，β-大馬士酮，6-甲基-5-庚烯-2-酮，則來(lái)源于類胡蘿卜素代謝路徑，呈現(xiàn)花果香氣。從中可發(fā)現(xiàn)，番茄中的花香、果香大多來(lái)自于類胡蘿卜素降解生成的降異戊二烯類物質(zhì)及其衍生物，特別是β-紫羅蘭酮和β-大馬士酮，分別位于16種香氣組分OAV排序中的第3和第5位[2,5]。降異戊二烯類芳香物質(zhì)在多種蔬菜、水果的風(fēng)味品質(zhì)中均起到了舉足輕重的作用。

類胡蘿卜素中因其大量共軛雙鍵的存在，導(dǎo)致其性能很不穩(wěn)定，可以經(jīng)過(guò)降解反應(yīng)形成大量帶有羰基結(jié)構(gòu)的如C8、C9、C10、C11、C13、C14等衍生物，其中一些有著很重要的香氣功能，如降異戊二烯類化合物。在番茄果實(shí)中，C8降異戊二烯類有6-甲基-5-庚烯-2-酮，C10降異戊二烯類物質(zhì)有β-環(huán)檸檬醛、香葉醛，而C13降異戊二烯類較多，包括β-大馬士酮、β-紫羅蘭酮、α-紫羅蘭酮、香葉基丙酮、5,6-環(huán)氧-3-羥基-β-紫羅酮、假紫羅蘭酮等。Jeyaprakash等[7]從番茄中檢測(cè)到了5種降異戊二烯類的芳香化合物，Simkin等[8]還檢測(cè)到了多種β-紫羅蘭酮的衍生物。在這些降解產(chǎn)物中，C13型對(duì)番茄果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)貢獻(xiàn)最大。

番茄果實(shí)中降異戊二烯類物質(zhì)的含量雖然低于C6醛類，但由于其具有極低的閾值和怡人的香味特性，對(duì)番茄果實(shí)香氣尤為重要。其中，最受關(guān)注的是β-大馬士酮和β-紫羅蘭酮。β-大馬士酮在水果中存在很普遍，表現(xiàn)出復(fù)雜的花香、熱帶水果或“熟蘋果”的香氣。在水溶液中閾值極低，僅為2 ng/L，在乙醇溶液中的閾值為50 ng/L[9]。β-紫羅蘭酮和α-紫羅蘭酮都帶有紫羅蘭/覆盆子的香味，其中β-紫羅蘭酮在水溶液和酒中的閾值分別為7 ng/L和90 ng/L[10]。β-大馬士酮和β-紫羅蘭酮在番茄中的濃度大多都超過(guò)了其閾值。此外，也有一部分香氣物質(zhì)OAV＜1，但仍可通過(guò)協(xié)同作用或者改變其它化合物的閾值而加強(qiáng)果香，如香葉基丙酮、香葉醛等。這也表示了香氣物質(zhì)被感知不僅是因?yàn)樗陨淼臐舛群烷撝?，還取決于不同組分之間的相互作用[11,12]。

2 降異戊二烯類芳香物質(zhì)的生物合成路徑

類胡蘿卜素既是重要維他命和抗氧化劑的合成前體，也是降異戊二烯類芳香物質(zhì)的合成前體[13,14]。科學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，在富含β-類胡蘿卜素的番茄果實(shí)中，其β-紫羅蘭酮、β-環(huán)檸檬醛的含量也較高，而α-紫羅蘭酮卻只在積累δ-胡蘿卜素的紅橙色果肉的番茄突變體中被檢測(cè)到；且具有檸檬味道的香葉醛也來(lái)源于果蔬中的番茄紅素[15]。目前報(bào)道的與香氣直接有關(guān)的類胡蘿卜素一般有β-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)、α-胡蘿卜素、番茄紅素等，它們能夠通過(guò)化學(xué)降解或酶促降解產(chǎn)生降異戊二烯類化合物，其生物合成途徑已基本得到探明（圖1）。

圖1 類胡蘿卜素及降異戊二烯生物合成途徑Fig.1 Biosynthesis pathway of carotenoids and norisoprenoids.

類胡蘿卜素是由8個(gè)異戊二烯單體縮合而成的C40的四萜類色素，而異戊二烯來(lái)源于質(zhì)體中的赤蘚糖路徑（Methyl-Erythritol-Phosphate，MEP Pathway）和細(xì)胞質(zhì)中的甲羥戊酸路徑（Mevalonate，MVA Pathway），由于類胡蘿卜素在質(zhì)體中產(chǎn)生，MEP途徑被認(rèn)為是類胡蘿卜素所需異戊二烯的主要來(lái)源。但也有證據(jù)表明，兩條途徑的中間體可在質(zhì)體和細(xì)胞質(zhì)溶液中互相轉(zhuǎn)移。通過(guò)MEP和MVA路徑，得到的異戊二烯焦磷酸（Isopentenyl Diphosphate，IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（Dimethylallyl Diphosphate，DMAPP）在香葉基香葉基焦磷酸合酶（Geranyl-Geranyl Diphosphate Synthase，GGPPS）的相互作用下產(chǎn)生香葉基香葉基焦磷酸（Granylgranyl Pyrophosphates，GGPP）；之后二分子GGPP在八氫番茄紅素合成酶（Phytoene Synthase，PSY）催化下生成C40的類胡蘿卜素-八氫番茄紅素（Phytoene），而這也是生成的第一個(gè)無(wú)色的類胡蘿卜素，此反應(yīng)即為類胡蘿卜素代謝合成途徑的第一步，也是限速步驟。八氫番茄紅素經(jīng)脫氫、異構(gòu)等酶催化反應(yīng)后生成番茄紅素，而番茄紅素則是類胡蘿卜素向后進(jìn)一步合成與代謝過(guò)程的主要分支產(chǎn)物。隨后再在番茄紅素環(huán)化酶的作用下生成β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素兩條分支，進(jìn)而再經(jīng)環(huán)化、羥化等作用生成葉黃質(zhì)、玉米黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、新黃質(zhì)等化合物[16]。最后這些類胡蘿卜素在類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（Carotenoid Cleavage Dioxygenase，CCD）的催化下生成降異戊二烯類物質(zhì)。另外，類胡蘿卜素又是脫落酸（Abscisic Acid，ABA）的前體物，可以在9-順式環(huán)氧類胡蘿卜素雙加氧酶（9-Cis-Epoxycarotenoid Dioxygenase，NCED）等催化酶的作用下選擇性斷裂不同位點(diǎn)上的雙鍵，生成ABA。

3 降異戊二烯類物質(zhì)合成的關(guān)鍵酶基因

3.1 八氫番茄紅素合成酶（PSY）

降異戊二烯類芳香物質(zhì)來(lái)源于植物類胡蘿卜素代謝。PSY催化二分子GGPP形成八氫番茄紅素，此過(guò)程也是進(jìn)入類胡蘿卜素生成路徑的第一步。PSY是植物類胡蘿卜素生物合成的限速酶，最先從番茄中克隆并得到驗(yàn)證[17,18]。隨后也在多種植物如玉米、水稻、小麥、胡蘿卜、葡萄等中分離獲得[19-22]。在番茄中已證實(shí)有3條PSY基因存在[23]，其中PSY1在番茄成熟過(guò)程中上調(diào)表達(dá)，與果實(shí)中番茄紅素的積累密切相關(guān)[24]；PSY2主要在葉片細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，參與葉綠體內(nèi)類胡蘿卜素的生成[25]；PSY3則被推測(cè)在脅迫條件下在番茄根部表達(dá)，參與植物建立共寄生關(guān)系以及適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺乏[26-28]。

PSY作為類胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵酶，其基因轉(zhuǎn)錄變化趨勢(shì)與番茄紅素含量具有一致性[29]，它的缺失會(huì)阻礙番茄果實(shí)成熟過(guò)程中類胡蘿卜素的合成，而它的過(guò)表達(dá)則會(huì)增加包括番茄和馬鈴薯在內(nèi)的多種作物器官中類胡蘿卜素的生成[30,31]。果實(shí)的顏色主要取決于PSY1的表達(dá)[32,33]。在玉米中，PSY1僅在黃色胚乳中有表達(dá)，而在類胡蘿卜素缺乏的白色胚乳中無(wú)表達(dá)[34]；而在稻米中，PSY1的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致β-胡蘿卜素積累，從而使得白色胚乳變成黃色[35]。Efremov等[36]對(duì)4個(gè)野生番茄品種和1個(gè)栽培品種的PSY1進(jìn)行克隆及生物信息學(xué)分析結(jié)果表明，PSY1具有品種和組織特異性，與成熟果實(shí)中的類胡蘿卜素含量直接相關(guān)；且PSY1在紅色栽培品種中的表達(dá)顯著高于綠果野生番茄。此外，紅果番茄與黃果番茄的差別主要體現(xiàn)在番茄紅素和β-胡蘿卜素的合成積累上，成熟期紅果番茄的含量是黃果番茄的4～5倍，這也主要源于PSY1的表達(dá)差異[37]。Chen等[31]發(fā)現(xiàn)了一個(gè)反式剪接的PSY1可以改變番茄果實(shí)的顏色，該P(yáng)SY1的過(guò)表達(dá)增加了黃果櫻桃番茄中類胡蘿卜素的含量并導(dǎo)致其果實(shí)呈現(xiàn)紅色。

3.2 類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（CCD）

類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（Carotenoid Cleavage Dixoygenase，CCD）是類胡蘿卜素裂解氧合酶（Carotenoid Cleavage Oxygenases，CCO）中重要的一支，參與植物中多種類胡蘿卜素的降解，是控制類胡蘿卜素降解速率和降異戊二烯類物質(zhì)合成的關(guān)鍵酶。在擬南芥中，CCO家族共有9條，其中4條屬于CCD亞家族（AtCCD1、AtCCD4、AtCCD7、AtCCD8），5條屬于NCED亞家族（AtNCED2、AtNCED3、AtNCED5、AtNCED6、AtNCED9）。NCED家族主要參與植物ABA的合成，CCD主要催化類胡蘿卜素在9-10和9’-10’位裂解產(chǎn)生降異戊二烯及其衍生物。CCD在一些模式植物（擬南芥[38]）、經(jīng)濟(jì)作物（如玉米[39]、水稻[40]等）、花卉（如菊花[41]、蘭花[42]等）和水果（如西瓜[43]、柑橘[44]）中已有過(guò)研究報(bào)道。擬南芥AtCCD1和AtCCD4均可裂解類胡蘿卜素生成降異戊二烯類化合物。在歐亞種葡萄、柑橘和菊花花瓣等的研究中也證實(shí)了類胡蘿卜素的降解速率是由CCD決定的[38,41,44,45]。目前已報(bào)道的番茄中的CCD基因包括SlCCD1a、SlCCD1b、SlCCD4a，SlCCD4b，SlCCD7和SlCCD8。其中SlCCD7和SlCCD8在番茄果實(shí)/植株的所有器官和組織中均有表達(dá)，但在根中表達(dá)量最高，主要參與獨(dú)腳金內(nèi)酯的合成[46]。研究表明，植物中的CCD1和CCD4通過(guò)降解類胡蘿卜素調(diào)控植物顏色及風(fēng)味，與降異戊二烯類香氣物質(zhì)的合成密切相關(guān)。

番茄中的CCD1含有2條家族成員，串聯(lián)在同一條染色體上。SlCCD1a和SlCCD1b序列長(zhǎng)度分別為10635 bp和12921 bp，均含有14個(gè)外顯子，翻譯的氨基酸序列長(zhǎng)度為545 aa。研究表明，SlCCD1a在番茄的根部和老葉中表達(dá)量最高，而SlCCD1b則在成熟的紅色果實(shí)中表達(dá)量最高。在不同植物中，CCD1的主要裂解位點(diǎn)是9,10 (9'～10')碳雙鍵。番茄的SlCCD1[47]、月桂（Laurus nobilis）的LnCCD1[48]能裂解各種不同結(jié)構(gòu)的順式和全反式的類胡蘿卜素以及各種形式的阿樸類胡蘿卜素形成α-紫羅酮、β-紫羅酮等各種芳香型化合物以及6-甲基-5-庚烯-2-酮和香葉醛[49]。在番茄中，LeCCD1b還能夠催化紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)在9,10/9',10'位斷裂形成5,6-環(huán)氧-3-羥基-β-紫羅酮。在葡萄果實(shí)中，VvCCD1也能夠催化玉米黃質(zhì)的降解，從而生成3-羥基-β-紫羅蘭酮。在番茄果實(shí)中，SlCCD1研究較多，被認(rèn)為與降異戊二烯類香氣物質(zhì)合成密切相關(guān)。Simkin等[50]的研究表明，LeCCD1A和LeCCD1B的沉默則會(huì)導(dǎo)致β-紫羅蘭酮含量的降低。

番茄中有兩條CCD4，為SlCCD4a和SlCCD4b，分別在雌蕊和老葉中表達(dá)量最高。研究結(jié)果表明，CCD1主要定位在細(xì)胞質(zhì)中，而CCD4主要定位于類胡蘿卜素大量合成的質(zhì)體中，比CCD1更能夠催化裂解類胡蘿卜素。同時(shí)，由于CCD4功能的正常行使與功能缺失均會(huì)造成果實(shí)、花等器官顏色的變化，其基因表達(dá)差異也是導(dǎo)致不同桂花品種顏色變化的關(guān)鍵因素[51]。CCD4已經(jīng)被報(bào)道能夠在藏紅花[52]、蘋果[53]、柑橘[54]中分別降解番茄紅素、β-胡蘿卜素、ε-胡蘿卜素，并產(chǎn)生6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-紫羅蘭酮和α-紫羅蘭酮。有研究表明，在葡萄果實(shí)中，較高水平的降異戊二烯含量與VvCCD4b的上調(diào)表達(dá)密切相關(guān)[55]。在番茄果實(shí)中，普遍認(rèn)為SlCCD1與降異戊二烯類香氣物質(zhì)的合成相關(guān)，SlCCD4a和SlCCD4b由于分別在花和葉片中表達(dá)量最高，而在番茄果實(shí)中報(bào)道較少。Wei等[56]的研究表明SlCCD4在番茄果實(shí)中同樣有表達(dá)，表達(dá)量低于SlCCD1，但未進(jìn)一步研究與降異戊二烯類香氣物質(zhì)合成的關(guān)系。因此，SlCCD4s在番茄果實(shí)降異戊二烯積累中的作用如何，還需進(jìn)一步探明。

4 番茄果實(shí)降異戊二烯的生物合成調(diào)控

4.1 品種因素

基因?qū)麑?shí)揮發(fā)性香氣物質(zhì)組成起決定性作用。不同番茄品種降異戊二烯組成和含量有明顯差異。常培培等[57]對(duì)5種不同果色的櫻桃番茄中的揮發(fā)性香氣物質(zhì)進(jìn)行研究后表明，品種因素對(duì)香氣成分的種類和濃度影響差異較大，特別是對(duì)以類胡蘿卜素為主要合成前體而生成的降異戊二烯及其衍生物的影響最為顯著。降異戊二烯，如香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮和β-環(huán)檸檬醛，在紅色、粉色果實(shí)品種中的含量要顯著高于黃果和綠果櫻桃番茄[57]。Scott等[58]對(duì)38個(gè)不同基因型的番茄果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)香氣物質(zhì)種類和含量差異顯著，其中，6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-大馬士酮、香葉基丙酮、β-紫羅蘭酮因受基因型影響含量差異很大。

4.2 環(huán)境因素

番茄香氣物質(zhì)的合成受到果實(shí)發(fā)育過(guò)程中溫濕度、光照、栽培方式等環(huán)境因素的影響[2]。有研究表明，溫度可能在關(guān)鍵呈香物質(zhì)合成中起到了重要作用。楊明惠等發(fā)現(xiàn)，不同栽培季節(jié)番茄果實(shí)芳香物質(zhì)含量存在差異，春季栽培番茄由于相關(guān)酶活性較高，果實(shí)風(fēng)味明顯高于秋冬季節(jié)栽培的番茄[59]。在20 ℃下轉(zhuǎn)色的紫色番茄，風(fēng)味指標(biāo)較好[60]。也有研究認(rèn)為低溫和高溫均不利于番茄紅素的合成，番茄紅素在30 ℃以上停止合成，以25 ℃左右為宜[61]。此外，番茄作為后熟型果實(shí)，采后低溫貯藏也會(huì)抑制番茄果實(shí)揮發(fā)性芳香物質(zhì)生物合成相關(guān)基因表達(dá)，Zou等[62]的研究表明，相比于25 ℃，在10 ℃儲(chǔ)藏的櫻桃番茄中，有包含CCD1在內(nèi)的33條基因表達(dá)顯著降低，并導(dǎo)致了其代謝相關(guān)產(chǎn)物如假紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮等含量的降低。低溫暴露會(huì)導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)包括6-甲基-5-庚烯-2-酮、β-紫羅蘭酮等含量的降低[63,64]；而過(guò)高的溫度處理（如52 ℃處理5 min）同樣會(huì)降低風(fēng)味物質(zhì)的積累[65,66]。

光是調(diào)節(jié)色素和風(fēng)味等次生代謝產(chǎn)物的重要環(huán)境因素。光照會(huì)影響番茄果實(shí)中類胡蘿卜素的積累和香氣物質(zhì)含量的變化。番茄屬中日性植物，對(duì)日照時(shí)間長(zhǎng)短要求比較寬泛，最適宜的光照時(shí)間為12～16 h，適當(dāng)增加光照時(shí)間，在一定程度上能促進(jìn)植株生長(zhǎng)，有助于番茄有機(jī)物的積累。而光照不足會(huì)引起番茄類胡蘿卜素及風(fēng)味物質(zhì)含量的降低[67]。Bertin等[68]的實(shí)驗(yàn)表明，充足的日照環(huán)境可以提高采收期番茄果實(shí)中芳香物質(zhì)合成的前體產(chǎn)物，包括脂肪酸及其衍生物、苯丙氨酸衍生物以及類胡蘿卜素及衍生物的合成。所以，在適當(dāng)時(shí)間段進(jìn)行補(bǔ)光處理可以提高番茄果實(shí)番茄紅素的濃度和相應(yīng)芳香化合物的生成積累[69]。補(bǔ)光5 h后對(duì)番茄紅素含量影響較大，比對(duì)照組增高了69.5%的番茄紅素含量[70]，這可能是由于補(bǔ)光處理可以誘導(dǎo)番茄果實(shí)中的光敏色素積累[71]，同時(shí)加劇番茄類胡蘿卜素裂解雙加氧酶（LeCCDs）對(duì)類胡蘿卜素化學(xué)鍵的斷裂作用[72]，從而引起了6-甲基-5-庚烯-2-酮和β-紫羅蘭酮含量的增加。

不同光質(zhì)對(duì)番茄營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味品質(zhì)影響也不同。在其他植物（如羅勒、甜菜）中，適當(dāng)增加藍(lán)光比例，其類胡蘿卜素的含量有所上升[73,74]，然而在番茄中，藍(lán)光處理有利于提高番茄Vc及可溶性蛋白含量，紅光則能極大的促進(jìn)番茄紅素的合成。研究表明，紅色光質(zhì)能促進(jìn)番茄果實(shí)風(fēng)味物質(zhì)種類和含量的增加，其中，6-甲基-5-庚烯-2-酮的含量較白光增加了20.2%[75]。Wang等[76]的研究則認(rèn)為夜間補(bǔ)充紅藍(lán)光（7:2）3 h，可顯著提高番茄的風(fēng)味品質(zhì)。

此外，外源激素處理也會(huì)影響降異戊二烯的積累，如外源ABA處理可以促進(jìn)櫻桃番茄果實(shí)成熟過(guò)程中顏色的發(fā)育以及類胡蘿卜素的積累。外源ABA還增加了β-大馬士酮（1.64倍）等揮發(fā)性化合物的積累，同時(shí)誘導(dǎo)了與揮發(fā)性香氣物質(zhì)生物合成途徑有關(guān)的關(guān)鍵基因的表達(dá)[77]。而外源生長(zhǎng)素2,4-二氯苯氧乙酸則會(huì)通過(guò)抑制乙烯的生成和類胡蘿卜素的積累來(lái)延緩櫻桃番茄的成熟過(guò)程，同時(shí)影響降異戊二烯類物質(zhì)（包括β-大馬士酮、β-紫羅蘭酮等）的含量[78]。

4.3 分子水平調(diào)控

番茄類胡蘿卜素代謝路徑和揮發(fā)性芳香物質(zhì)的生物合成均受光照、發(fā)育階段、環(huán)境溫度等諸多因素調(diào)控，由多種轉(zhuǎn)錄因子分別或共同調(diào)節(jié)特定的下游靶基因完成。番茄PSY活性受各種環(huán)境因素影響，如光強(qiáng)、氣溫、鹽分、水份、光周期等。其中，受光照作用更為明顯，如紅光就可引起PSY的轉(zhuǎn)錄豐度上調(diào)，進(jìn)而引起類胡蘿卜素水平的增加。而高溫會(huì)抑制PSY的表達(dá)，導(dǎo)致類胡蘿卜素含量降低[79,80]。目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多干擾和控制類胡蘿卜素生成的轉(zhuǎn)錄因子，如MADS-box家族、AP2/ERF家族、MYB家族等[81]。其中，MADS-box家族是目前發(fā)現(xiàn)的能夠影響類胡蘿卜素代謝途徑的轉(zhuǎn)錄因子中數(shù)量最大的一類。研究人員證實(shí)，MADS-RIN可以有效整合PSY1的啟動(dòng)子，進(jìn)而調(diào)節(jié)類胡蘿卜素的生物合成；但在其rin突變體的果實(shí)中基本檢測(cè)不到PSY1的表達(dá)，果實(shí)中也基本缺乏番茄紅素的合成[82]，所以，MADS-RIN對(duì)番茄果實(shí)類胡蘿卜素代謝過(guò)程起到了促進(jìn)作用[83]。

在類胡蘿卜素代謝路徑中，與降異戊二烯類香氣物質(zhì)合成直接相關(guān)的就是CCD基因，但關(guān)于其在轉(zhuǎn)錄水平上的報(bào)道較少。植物順式和反式作用元件主要負(fù)責(zé)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件決定了時(shí)間和空間的基因表達(dá)模式，以及這些模式對(duì)脅迫的反應(yīng)方式。在海棠中，干旱、澇漬和茉莉酸甲酯處理均會(huì)降低CCD7啟動(dòng)子的活性[84]。而反式作用元件，尤其是轉(zhuǎn)錄因子，與順式作用調(diào)控區(qū)域結(jié)合并影響基因表達(dá)。目前，對(duì)調(diào)控CCD表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子還知之甚少，僅在桂花、柑橘以及葡萄中有報(bào)道，這些轉(zhuǎn)錄因子分別屬于WRKY家族、ERF家族和MADS家族。OfWRKY3和OfERF61可以通過(guò)與桂花OfCCD4的啟動(dòng)子結(jié)合，增強(qiáng)OfCCD4的表達(dá)，導(dǎo)致類蘿卜素的降解以及桂花花瓣中β-紫羅蘭酮的生成；而CsMADS6可以與柑橘CsCCD1的啟動(dòng)子結(jié)合，促進(jìn)CsCCD1的表達(dá)[85-87]。近期研究表明，在葡萄果實(shí)中，轉(zhuǎn)錄因子VvMADS4可以下調(diào)VvCCD4b的基因表達(dá)[88]，從而抑制降異戊二烯的生物合成。然而，目前還沒(méi)有關(guān)于番茄中SlCCDs轉(zhuǎn)錄調(diào)控的報(bào)道。此外，以往的研究已報(bào)道了多種調(diào)控番茄類胡蘿卜合成的轉(zhuǎn)錄因子，這些轉(zhuǎn)錄因子對(duì)類胡蘿卜素降解生成降異戊二烯路徑的代謝關(guān)鍵酶基因（CCDs）是否同樣發(fā)揮作用尚無(wú)報(bào)道。

5 總結(jié)與展望

近年來(lái)，對(duì)降異戊二烯類香氣物質(zhì)的研究不斷深入，涉及類胡蘿卜素合成與降解代謝關(guān)鍵酶基因的克隆、表達(dá)和調(diào)控在多種植物中已有研究，并證明了降異戊二烯類芳香物質(zhì)是類胡蘿卜素在CCD的作用下降解得到的產(chǎn)物，其中起主要作用的是CCD1和CCD4。盡管CCD4在多種植物中均被報(bào)道具有降解類胡蘿卜素生成降異戊二烯的功能，但在番茄中關(guān)于SlCCD4鮮有研究。SlCCD4在番茄果實(shí)中的表達(dá)特性及在降異戊二烯類香氣物質(zhì)合成中的作用如何，尚不明確。此外，關(guān)于番茄中降異戊二烯類香氣物質(zhì)的研究尚需進(jìn)一步深入，對(duì)其合成關(guān)鍵基因CCD的啟動(dòng)子、轉(zhuǎn)錄因子研究仍然較少。系統(tǒng)分析番茄果實(shí)類胡蘿卜素降解產(chǎn)物的積累變化規(guī)律以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程，將為番茄及其他園藝作物在改善果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)等方面提供更為豐富的理論依據(jù)。