苑兆和，南京林业大学教授、博士、博士生导师，国际园艺学会石榴工作组主席，中国园艺学会石榴分会副理事长。从事研究工作30多年来，在果树生理生化和种质资源与育种及分子生物学的研究方面有很深的造诣，特别是石榴种质资源的引进、评价、筛选与创新利用的研究。该文章对石榴品质发育，包括安石榴苷代谢、花青苷代谢和木质素代谢进行综述，对遗传多样性研究进行评述，并对NGS时代石榴分子生物学研究进行展望。

石榴是千屈菜科石榴属，起源中亚，是古老的保健水果，被誉为超级水果。栽培历史悠久。石榴适应性强，在世界范围内广泛栽培，被划为国家规划特色经济林树种之一。石榴果实富含花青苷、黄酮、安石榴苷等多酚类物质，特别是安石榴苷等鞣花单宁类物质临床医用和保健价值高，具有潜在的抗氧化、抗癌、抗菌等功能。石榴果皮中，鞣花单宁类物质含量较高。Han等通过高效液相色谱法测定，发现果皮中安石榴苷含量高达4.mg/g，是果汁中含量的约15倍，籽粒中含量的30倍。随着果实发育成熟，安石榴苷含量逐渐降低，说明其代谢途径中降解能力高于合成能力。对于安石榴苷等鞣花单宁类物质分子代谢通路研究，目前进展缓慢，只克隆到合成前期少数几个基因。石榴果实色泽发育是研究最深入的方向，目前已克隆到完整的花青苷代谢通路基因和转录调控基因，并进行拟南芥转化验证，但尚缺乏对籽粒着色研究以及环境因素对MBW复合物调控果实着色影响的研究。籽粒软硬度是重要的经济性状，与木质素代谢相关。张水明等、曹丹琴等分别克隆了石榴籽粒木质素合成途径的关键基因和转录调控因子。石榴耐盐碱能力强，是海滨绿化优良树种。彭媛媛等克隆并验证了石榴耐盐相关基因。对各种性状的研究是为品种改良和育种做铺垫，而收集与评估种质资源是育种的前提。世界各国对石榴种质资源的研究最多，通过分子标记技术评估区域资源遗传多样性。本课题组开展石榴全基因组测序项目，将为世界石榴分子遗传学、分子代谢研究、发育生物学研究和生物信息学提供大数据支持，进一步推动石榴分子生物学研究。

1.1安石榴苷分子代谢通路研究

石榴是一种抗氧化能力极强的水果，果实抗氧化剂总浓度11.33mmol/g，是蓝莓的3.11倍，甜橙的9.94倍，苹果的39.07倍。石榴抗氧化能力与总酚含量呈极显著正相关（R2=0.90，P0.01），其中鞣花单宁类物质含量最高，如安石榴苷、石榴皮鞣素、Gallagicacid具有显著的抗氧化、预防心血管疾病、抗癌、抗菌、抗感染、抗糖尿病等诸多功效，临床医学价值高。在市场消费的水果中，石榴拥有最高浓度的安石榴苷，它是已知分子量最大的酚类物质，可降解为鞣花酸，每个分子内有16个酚式羟基，是抗氧化性最强的酚类物质，也是石榴果实中最主要的酚类物质。

安石榴苷是鞣花单宁代谢途径的中间产物，鞣花单宁途径上游与莽草酸途径上游共用（图1）。在石榴安石榴苷分子代谢机制研究中，目前主要集中在部分关键基因的克隆与分析，对UGT基因进行亚细胞定为分析，通过RNA-seq挖掘相关结构基因。

图1石榴鞣花单宁合成途径简图

1.2花青苷代谢分子机理研究

石榴果实色泽是重要的市场经济性状，果实颜色主要由花青苷类型与含量决定。花青苷是植物液泡中可溶性色素，依赖pH变化而呈现红色、紫色和蓝色，是果肉、果皮、花、叶中的主要色素。

花青苷是类黄酮生物合成途径的重要产物之一（图2）。目前已在石榴果皮中克隆到花青苷途径全部结构基因和转录调控因子MBW（MYB-BHLH-WD40复合物，发现MBW复合物是影响石榴果皮着色的主要因子。Ben-Simhon等在白皮石榴中发现PgLDOX基因编码区插入片段使得花青苷无法积累。Ono等首次通过RNA-seq技术在转录组水平构建了石榴花青苷代谢通路。此外，Harel-Beja等构建了石榴高密度遗传图谱，通过QTL技术关联分析果实性状，共得到5个籽粒着色相关位点。

在蛋白组学方面，目前发现细胞色素b6-f复合体(sport)、叶绿素a/b结合蛋白(sport)和果糖激酶2-like(sport)可能与果皮颜色变化相关；半胱氨酸合酶1(sport)可能对提高石榴抗氧化胁迫能力起到了重要作用。

图2花青苷代谢途径（图片引自招雪晴博士学位论文）

1.3木质素分子合成途径研究

石榴籽粒软硬程度是重要的果实品质，软籽石榴价值高，需求量大。籽粒软硬度涉及到木质素代谢过程。木质素是储存在特殊细胞细胞壁中多酚聚合物。木质素单体前体是由苯丙氨酸在质体中合成（图3）。COMT是木质素途径下游酶，实时荧光定量PCR分析表明，PgCOMT在‘红玉石籽’、粉皮’、‘会理软籽’、‘蒙自甜’和‘突尼斯软籽’石榴种皮中的相对表达量与石榴籽粒硬度较为一致；随着石榴种皮的发育其表达量先下降后上升。曹丹琴等克隆了石榴种皮木质素合成相关转录因子基因PgMYB，并进行了表达分析。

图3木质素合成途径（引自JaimeBarrosetal.）

目前在石榴遗传多样性研究中使用的分子标记有：AFLP（扩增片段长度多态性）、SNP（单核苷酸多态性）、SSR（简单重复序列）、ISSR（简单重复序列间隔）、RAPD（随机扩增DNA多态性）、RAMP（随机扩增微卫星多态性）、SRAP（序列相关扩增多态性）和DNA条形码技术。

石榴起源中亚，适应性强，分布广。世界石榴遗传多样性丰富，总体分为两大类群。Ophir等使用SNP标记对采自以色列、印度、伊朗、中国、美国、土耳其、西班牙、地中海地区等个石榴栽培品种进行遗传多样性分析，发现中国、印度和伊朗地区的石榴品种和不可食用观赏石榴Nana聚为G1，其它地区石榴聚为G2。石榴两大组分类也与地区分布相关。Al-Sadi等运用AFLP标记技术对5个阿曼地区的石榴品种、5个伊朗品种、1个也门品种、1个印度品种、1个黎巴嫩品种和1个西班牙品种进行遗传多样性分析，发现这些品种可能拥有共同起源，在过去国际贸易中引种传播。

中国是石榴栽培最多的国家之一，苑兆和研究团队依据石榴产区地理、气候及生态条件，将石榴栽培区划分为山东、河南、安徽、陕西、四川、新疆、云南和河北等8大栽培区，利用荧光标记AFLP技术对山东、安徽、陕西、河南、云南和新疆6个栽培石榴群体的85个品种类型进行了遗传多样性研究，群体间的遗传多样性依次为河南群体新疆群体陕西群体安徽群体山东群体云南群体。

虽然对世界石榴栽培品种遗传多样性研究较多，但对野生群体的研究较少。Singh等使用SSR标记对印度地区51个野生石榴品种和37个栽培品种进行遗传多样性分析，发现栽培群体与喜马拉雅山麓处自然生长的群体亲缘关系更近。该研究补充了世界石榴野生群体与栽培群体间亲缘关系的空白，为石榴育种提供了宝贵的资料。

此外，石榴高密度遗传图谱的建立将为分子辅助育种提供平台。Harel-Beja等通过SNP标记技术构建了首张高密度石榴遗传图谱，并通过QTL技术关联分析了果实大小、风味、色泽和籽粒软硬度等果实品质性状。Singh等鉴定了4个与果实重量、酸度、白叶枯病性状的关联标记。

NGS时代，基因组和转录组测序技术应用越来越广泛，石榴分子生物学研究将会达到新的高度。苑兆和研究团队已完成了石榴全基因组测序项目，为深入研究石榴功能基因提供大数据支持，将有力推动世界石榴分子生物学研究。

摘自《落叶果树》年第5期专家论坛

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