水分是调控番茄果实品质的重要环境因子,适度的水分亏缺胁迫可以提高番茄果实的品质,但对其调控机理尚不明晰,探索水分调控番茄果实关键品质形成的生理和分子机制对于番茄的高品质栽培显得尤为重要。本研究通过盆栽称重法控制水分处理,共设置了CK(充分灌溉,90%田间最大持水量)和T1-T4(分别为80%、65%、55%和45%田间最大持水量)共五个处理组,研究不同程度水分梯度对番茄果实外观品质、类胡萝卜素组分、氨基酸组分、有机酸组分、多酚组分、糖组分和挥发性物质等果实关键品质的影响,同时从全转录组层面解析番茄果实基因响应栽培介质不同水分梯度的表达差异,主要取得以下研究结果:(1)与CK相比,适度水分亏缺(45%-80%)处理促进了番茄果实的成熟,具体表现为果实成熟导致质地变软和色泽的加深。T2处理在保证单株产量无显著差异的前提下,提高了果实干物质积累量,加速了类胡萝卜素的代谢,PSY1表达量和相关酶活显著下降,而ZEP表达量和酶活显著提高,进而抑制了上游代谢物八氢番茄红素的积累,显著提高了下selleck化学游代谢物叶黄素的含量。(2)T2处理显著增加了番茄果实部分氨基酸(脯氨酸、丙氨酸、丝氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺)和主要有机酸(苹果酸、柠檬酸和抗坏血酸)的含量,加快了苯丙氨酸和谷氨酸作为上游代谢物的消耗速度。同时,类黄酮和酚酸物质积累明显,且类黄酮和酚酸之间、多酚和抗氧化活性之间均存在多组显著或极显著正相关关系。由此可知,轻度水分亏缺有效改善了初级及次级代谢物的组成和含量,并提高了番茄果实的抗氧化能力。(3)T2处理通过增强叶片卡尔文循环关键酶的活性来增强光合产物的积累,有利于番茄果实可溶性固形物含量的提高。同时,轻度水分亏缺增强了中性转化酶NI、酸性转化酶AI和蔗糖合成酶SS的活性来促进蔗糖分解,进而改变了红熟期番茄果实糖分的组成和含量,增加了糖酸比,增强了番茄果实的风味。(4)T2处理提高了K和P含量,增加了番茄果实的特征香气。此外,不同水分处理下的番茄矿质营养和风味品质可以基于PCA和HCA被区分。HS-SPME/GC-MS的定性定量分析显示,五个水分处理检出的共有挥发性化合物种类为GW4869小鼠21种,其中以T2处理检出的种类最多,其醛类、酮类、醇类、酯类、烃类和其他类挥发性物质均显著高于CK。基于气味阈值为正值,不同水分处理均检出10种特征性香气物质。总特征性香气成分含量结果为T2>T3>T4>T1>CK,且T2处理显著高于其他处理。T2处理增强了以脂肪酸、苯丙氨酸和类胡萝卜素为前体的挥发性物质合成途径中相关基因的表达,促进了挥发性化合物的合成。(5)RNA-seq和small RNA-seq结果显示,CK vs T2共鉴定出230个差异m RNAs(上调132个,下调98个)和57个差异miRNAs(上调51个,下调6个)。CK和T2共鉴定出7672个新lncRNAs,其中差异lncRNAs有50个(上调了27个,下调了23个)。对CK和T2处理所鉴定的1637个circRNA定位在了番茄的12条染色体上,并对其进行了类型鉴定。此外,筛选了19个差异miRNA可能以负调控的方式共调控了59个靶基因,构建了miRNA-靶m RNA共表达调控网络。基于ncRNA(7个miRNA、20个lncRNA和1个circRNA)和m RNA(107个)构建了ce RNA调控Specialized Imaging Systems网络。轻度水分亏缺条件下,差异m RNA和miRNA可能通过参与“次生代谢产物的生物合成”、“氨基酸的生物合成”、“苯丙氨酸代谢”、“碳代谢”、“糖酵解”和“柠檬酸循环(TCA循环)”等主要代谢途径调控番茄品质形成。综上所述,65%田间最大持水量有利于促进番茄果实的外观品质、类胡萝卜素代谢、氨基酸代谢、TCA循环、碳代谢和挥发性物质代谢,全转录组分析同样显示水分亏缺处理通过调控以上这些代谢途径改善了番茄的营养和风味品质。