花椒(Zanthoxylum bungeanum)是芸香科(Rutaceae)花椒属(Zanthoxylum)的一种芳香植物,原生于中国,是我国传统香辛料之一,因具有独特麻味和浓郁香气而深受消费者喜爱。但花椒在食用时会感知到一定苦味。随着对花椒的食用和加工需求日益增加,我国花椒种植规模和范围不断攀升,随之而来的是诸如品种混乱、掺杂使假、技术滞后、产业链不完整等问题。这些问题也导致花椒的品质良莠不齐,苦味产生现象愈发突出,其中尤以青花椒(Zanthoxylum schinifolium Sieb.et Zucc)果皮苦味表现更甚。消费者通常很抗拒食物中的苦味,因而苦味逐渐成为阻碍青花椒消费与发展的因素之一。明确青花椒果皮中苦味的来源和苦味代谢物的形成机理成为一项亟需攻克的任务。鉴于此,本研究以苦味表现较为突出的重庆江津九叶青花椒为试验材料,首先研究了不同生长期青花椒果皮的成分与风味特征;接着结合苦味感官评价与代谢组学技术监测了青花椒果皮在生长过程中的苦味变化并筛选出苦味代谢物,进而采用高效液相色谱法测定了青花椒果皮中重点苦味代谢物的含量变化;最后,通过代谢组学和转录组学,组合并解析青花椒果皮苦味代谢物的重点代谢通路及其调控基因。主要研究结果如下:1、不同生长期青花椒果皮的成分和风味特征研究。七月中旬采摘的江津九叶青花椒果皮呈现出最为鲜艳、明亮的绿色外观,醇溶抽提物、不挥发性乙醚抽提物、总黄酮(123.38 mg·RE/g)和总酚(53.66 mg·GAE/g)含量丰富。同时,青花椒果皮的山椒素和挥发油在七月中下旬快速积累,并且其麻味和香气的主要贡献成分——羟基-α-山椒素和芳樟醇均在七月中旬积累至峰值含量115.89 mg/g和256.02 mg/m L,赋予了此阶段青花椒果皮最为突出的麻香风味品质。综合来看,七月中旬是江津九叶青花椒的合适采摘期。然而,通过苦味感官评价发现,青花椒果皮在生长成熟过程中苦味逐渐加重,并且在七月中旬苦味强度达到最高,推测随着青花椒生长代谢的进行,青花椒果皮中会积累苦味物质。2、不同生长期青花椒果皮的代谢组学分析与苦味代谢物动态积累研究。基于不同生长期青花椒果皮的代谢组分析,共筛选出93种对青花椒果皮的苦味具有潜在贡献的苦味代谢物。其中,在不同生长期差异积累的苦味代谢物主要富集于次生代谢物生物合成、苯丙氨酸代谢、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等代谢通路。对18种重点苦味代谢物的含量和苦味味觉活性值(Taste activity value,TAV)动态变化进行了测定,有11种苦味代谢物(熊果苷、表儿茶素、金丝桃苷、异槲皮苷、伞形酮、番石榴苷、槲皮素、槲皮苷、山奈酚、异鼠李素、原花青素B2)的TAV在各生长期均大于1,对苦味具有显著贡献;除表儿茶素和原花青素BTamoxifen2外的大多数苦味代谢物均在青花椒坐果期呈现出低TAV,而在成熟阶段呈现高TAV,与苦味强度呈正相关;金丝桃苷、异槲皮苷、槲皮苷、山奈酚和异鼠李素的TAV>10,并且均在七月中旬达到最大值,是成熟青花椒果皮苦味的主要来源。3、不同生长期青花椒果皮的转录组学分析与苦味代谢物生物合成途径研究。不同生长期青花椒果皮中的差异表达基因(Differential expression genes,DEGs)主要富集于代谢途径、次生代谢生物合成、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成、植物激素信号传导、淀粉和蔗糖代谢、半乳糖代谢、光合作用、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成和苯丙氨酸代谢等生物代谢途径。权重基因共表达网络分析(Weighted gene coexpression network analysis,WGCNA)结果表明PAL、C4H、4CL、COMT、F5H、F6H、F3H、F3’5’H、F3’H、DFR、ANS、ANR和FLS等13个结构基因家族的表达情况与青花椒果皮中苦味代谢物的动态积累相关性强,是调控苦味形成的潜在表达基因。基于此,组合了一条主要由“苯丙烷生物合成”、“类黄酮生物合成”和“黄酮和黄酮醇生物合成”组成的青花椒果皮重点苦味代谢物生物合成途径。4、不同生长期青花椒果皮转录因子与苦味形成相关基因的相关性研究。b HLHs和MYBs是不同生长期青花椒果皮中差异表达数量最多的转录因子,差异表达的b HLHs和MYBs与29个DEGs(包括8个COMT、2个ANS、1个ANR、7个4CL、6个PAL、1个F3H、1个DFR、1个F3’H、1个F3’5’H和1个C4H)Pearson相关系数>0.90,表现出高度的共表达相关性。这些MYBs和b HLHs是影响青花椒果皮苦味形成Biomaterials based scaffolds相关基因表达的重要转录因子,与青花椒果皮苦味代谢物生物合成途径密切相关。综上所述,本研究确定了江津九叶青花椒的合适采摘时期;丰富了不同生长期青花椒果皮的代谢组和转录点击此处组信息;明确了青花椒果皮苦味形成关键时期及苦味代谢物的形成过程,金丝桃苷、异槲皮苷、槲皮苷、山奈酚和异鼠李素是成熟青花椒果皮苦味的主要来源;组合了一条主要由“苯丙烷生物合成”、“类黄酮生物合成”和“黄酮和黄酮醇生物合成”构成的青花椒果皮重点苦味代谢物生物合成途径。