Abbkine上新日：红酒中的精灵-单宁传奇

大家在喝红葡萄酒时，总会有种涩涩的感觉，可能有人不习惯，但是很多葡萄酒大师却对这种涩涩的物质视若珍宝。今天我们就来说说这种涩涩的物质—单宁（Tannin）。单宁，也称丹宁，是英文tannin的音译，葡萄酒中的单宁一般是由葡萄籽、皮及梗浸泡发酵而来，或者是因为存于橡木桶内而萃取橡木内的单宁而来。单宁的多少可以决定酒的风味、结构与质地。缺乏单宁的红酒质地轻薄，没有厚实的感觉，薄若莱红酒就是典型代表。单宁丰富的红酒可以存放经年，并且逐渐酝酿出香醇细致的陈年风味。当葡萄酒入口后口腔感觉干涩，口腔黏膜会有褶皱感，那便是单宁在起作用。咦，听起来单宁就像是红酒里的精灵呢！

什么是单宁？单宁是一种苦味和涩味的化合物，在自然界中大量存在。它们存在于植物的木材，树皮，叶子和果实中，如橡木，大黄，茶，核桃，蔓越莓，可可和葡萄。单宁的存在使得植物变得难吃。它们在自然界中的目的是阻止动物在成熟前吃植物的果实或种子。虽然单宁口感苦涩，但是当处理得当时，也会变得美味！其中就包括茶，咖啡，黑巧克力，当然还有葡萄酒。

单宁在抗氧化中担当重要角色，因此单宁和单宁酶常在植物研究中被探索。Abbkine推出单宁含量和单宁酶活性检测的试剂盒，不仅检测灵敏，且操作超级简便。本月细胞代谢上新试剂盒如下：

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插播的广告时间结束，愉快的探索之旅即将开启。跟随小编彻底了解一下神奇的单宁吧！

单宁有哪些突出的特点让大家为之着迷呢？

• 1、有益于心脏血管疾病的预防。收敛作用：单宁单宁与蛋白质以疏水键和氢键等方式发生聚合反应，使人产生收敛的感觉，在化妆品中加入单宁，最直接的效果就是收敛作用。含单宁的化妆品在防水条件下对皮肤有很好的附着力，可使粗大毛孔收缩、绷紧而减少皱纹，使皮肤显出细腻的外观。
• 2、防晒作用：单宁是一类在紫外线光区有强烈吸收的天然物质，茶多酚、柿子单宁已经被证实对人体无毒性，加了这类单宁的防晒化妆品被称为"紫外线过滤器"，对紫外线的吸收率达98%以上，对日晒皮炎和各种色斑均有明显抗御作用。单宁与单宁之间，或者单宁与黄酮之间以疏水键和氢键形成分子复合体，一方面二者互为辅色素发生共色效应，提高吸光度;另一方面也提高了水溶性，使二者具有协同效应。
• 3、美白作用：单宁皮肤的颜色主要由黑色素的含量决定，黑色素的生成是在紫外线作用下黑色素细胞内的酪氨酸经酪氨酸酶催化合成的。单宁既能吸收紫外线，又能抑制酪氨酸酶和过氧化氢酶的活性，也能使黑色素还原脱色，还能有效清除活性氧，因此在化妆品中加入单宁具有综合美白效果。
• 4、抗皱作用：胶原在真皮中形成致密的束状与皮肤表面平行单宁。随着年龄的增长，皮肤中的胶原在活性氧自由基的作用下相互交联，使结构变得坚固，缺乏弹性同时形成皱纹。弹性蛋白是维持皮肤弹性最主要的纤维蛋白。它的含量下降或变性是皮肤弹性下降以及皱纹形成的主要原因。抑制弹性蛋白酶对弹性蛋白的降解能力，是恢复皮肤弹性、延缓产生皱纹和衰老的重要途径。单宁具有清除自由基和抑制弹性蛋白酶活力的作用，某些单宁还可以促进细胞新陈代谢、增强皮肤活力使其保持健康、有光泽、有弹性。
• 5、保湿作用：皮肤外观健康与否取决于角质层的含水量，长期缺水会导致皮肤粗糙和形成皱纹。单宁分子结构中含有大量的亲水基团--酚羟基，这使得其在空气中极易吸潮，因而具有保湿作用。透明质酸是皮肤中的一种黏多糖，起到天然保湿剂的作用。随着年龄的增长，透明质酸会因透明质酸酶的作用而分解，使皮肤硬化引起皱纹。单宁对透明质酸酶有显著的抑制效果，从而真正达到生理上的深层保湿作用
• 6、防腐作用：单宁对多种细菌、真菌和微生物有显著的抑制效果，在相同的抑制浓度下，不会影响人体细胞的生长发育。单宁又有独特的抗氧化性，能有效抵御生物氧化作用，它还有清除活性氧的功能，在化妆品中加入单宁能有效抑菌和具有保健防腐作用。

葡萄酒中的单宁是哪里来的？葡萄中的单宁主要存在于葡萄的皮，籽和茎中，以及老化过程中使用的木桶。它们为葡萄酒提供质地和口感，以及重量和结构感。葡萄酒中的单宁，取决于葡萄汁和葡萄皮、葡萄籽在一起的时间，所以酿酒师会将葡萄皮和籽同果汁放在一起发酵，这样不仅能更多的从葡萄皮中获得漂亮的颜色，也能获得更多的单宁。这解释了为什么红葡萄酒比白葡萄酒具有更强的单宁。同时，橡木桶也能为葡萄酒带来一部分的单宁，增加葡萄酒的复杂度和陈年能力。单宁在为葡萄酒增加涩味的同时，也为葡萄酒建立起“骨架”，它和其他各种味道相辅相成，可以说是红葡萄的灵魂。同时单宁是天然的抗氧化剂和防腐剂，这也是一些红葡萄酒拥有很长的陈年能力的关键。实际上，有一项关于葡萄酒和茶中单宁和人体氧化作用的研究。在测试中，葡萄酒单宁抗氧化，而茶单宁不抗氧化。所以如果想要青春常驻，就每天来一杯红葡萄酒吧。

柿子也含有单宁，未完全“成熟”的柿子中单宁含量尤其高，对于肠胃脆弱的人群来说可能会有一定的食用风险。尤其是水果上市需要经历运输、储存的环节，所以一些柿子其实是在未完全成熟的情况下就被摘了下来，需要特别注意。此外还有一种特殊类别的柿子，无法在树上自行消解内部过多的单宁，一定要通过人工脱涩，才能成为一个我们眼中“成熟”的柿子。柿子中单宁含量的多少基本上可以凭口感判断，虽然涩口的柿子一定不是软的，但脆柿子也有可能是甜的，所以买到柿子之后可以先实验性地尝一尝，如果买到了甜柿子，可以开始慢慢品味它的甜蜜，但如果买到的是涩口的柿子，不妨对它进行进一步的脱涩。

最方便的方法就是买柿子时顺手买两个熟一点的苹果或香蕉，把它们放在同一个塑料袋，系紧，放几天之后，成熟水果会产生大量乙烯催熟涩柿子。脱涩之后的柿子应该尽快食用，失去了单宁的柿子将非常容易变质。

可万万没想到！麻雀是高粱单宁含量高、人类苦味味觉弱的“始作俑者”！

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0563-0

鸟害是影响作物产量的重要因素之一，尤其红嘴奎利亚雀对非洲农作物的生产造成灾难性的影响。余建明教授等发表在Nature Plants上的研究发现，无单宁高粱的鸟害程度与株高呈正比，含单宁高粱的鸟害程度与株高无关。通过非洲的群体发现，东非和南非的鸟害非常严重，而高粱在东非和南非的单宁含量高，说明高粱为了抵抗当地严重的鸟害而保留了单宁含量高这一特征，与之相反的是，西非的单宁含量低，同时西非的鸟害程度较弱。含单宁高粱与红嘴奎利亚雀呈现平行分布，揭示了单宁在高粱对抗捕食者的过程中发挥了重要作用。对非洲人群的遗传研究发现，东非和南非的人群苦味味觉较弱，而西非的苦味味觉受体发达。该研究揭示了由单宁引导的作物（高粱），人类（味觉），环境（鸟害）三者之间的驯化三角关系。

故事要从高粱试验田中的一群麻雀开始说起。研究人员选用了两个品种，Tx430和P898012构建了一个RIL群体，种植在高粱试验田中，试验田由光周期敏感的高大茂盛的高粱围成。季末，研究人员发现了一些RIL个体在大部分的籽粒被麻雀吃掉之后，花序颜色变黑，只留下了颖片。同时，另外一些RIL还是完整的，只有少部分的籽粒被麻雀吞食，说明麻雀「挑食」，不喜欢这些籽粒。收获之后发现，受鸟害轻的RIL每个花序的籽粒平均重量68g，而受严重鸟害的RIL平均重量只有3g。

他们马上对整个RIL群体进行了鸟害程度的评估，用0-10打分来评估受鸟害程度的差异（10分表示籽粒全部被吃，0分表示没有被吃），发现两个重复间的Pearson相关系数为0.83， 说明麻雀对高粱的偏好，不是随机现象，而是遗传导致的。通过QTL作图，发现高粱基因组上有五个显著信号，其中三个与已报道的植物高度QTL重合。长得高的高粱更容易被麻雀吃到，所以受鸟害程度更高。为了找到2号和4号染色体上另外两个信号的可能基因，他们再次检查不同鸟害程度的剩余种子。受轻微鸟害的种子的外种皮有颜色，说明单宁含量高。所以他们进行了第二次表型考察，用0/1代表有无单宁，以此来观察鸟害，植株高度，单宁含量三者的关系。单宁含量与植株高度（两个无显著相关的特征，Pearson系数，r=-0.018，P=0.78），共同解释了麻雀偏好性状的63%的变异。

不管植株多高，单宁的存在导致麻雀不去吞食高粱，但是对于没有单宁的高粱，高大的植株更倾向于被吞食。同时，单宁含量的QTL定位结果与鸟害定位到了相同的区间，而且，没有单宁，高粱更容易受鸟害。

4号染色体的QTL区间包含Tan1 ( Sobic.004G280800 )，不包含单宁的亲本Tx430携带tan1-a等位。通过测序证实另一个亲本（P898012）携带显性等位Tan1。2号染色体的QTL区间包含六个基因，其中Sobic.002G076600 编码一个bHLH蛋白，是拟南芥TT8，水稻Rc和玉米中IN1的同源基因，参与苯丙烷合成通路。Sobic.002G076600 上的第7个外显子发现一个移码突变，而其它五个基因都没有找到功能丧失的突变。将P899012的部分编码序列序列转入到拟南芥tt8 突变体中，恢复了种子棕色颜色和单宁合成。以上所有证据都说明Sobic.002G076600 是Tan2 的基因，同时亲本P898012携带显性等位。

经典遗传学表明高粱籽粒的单宁含量由一对叠加隐性上位基因控制（B1和B2 ），也就是说任一基因的纯合隐性位点都会导致植株无单宁。RIL群体中发现单宁:无单宁比例为1:3，符合RIL群体比例。Tan1 和Tan2 的明显的互作关系支持它们之前经典遗传学猜测的两个对应基因。

研究人员通过962个品种的340,496个SNP数据集，继续评估有无单宁这一性状。GWAS鉴定到了4号染色体的Tan1，同时2号染色体上，一个落在Tan2 上游12kb的SNP是第二显著的信号。由于Tan1 和Tan2 共同作用于单宁性状，Tan1 的两个天然隐性等位（tan1-a 和tan1-b）的发现，说明两个基因不同的关联信号可能是由于等位基因频率造成的。

研究人员对180个高粱品系（92个含单宁，88个无单宁）的Tan1 和Tan2 的基因和上游启动子区域进行了测序，他们发现了61个MAF从0.006到0.497的多态性位点。Tan1 区域的29个多态性位点中发现了tan1-c，第三个隐性等位，编码区域1bp的缺失。另一个在单个基因座位分离的RIL群体中的强烈QTL信号证实了tan1-c 是一个无效等位。Tan2 的32个多态性位点中，除了Tx430中检测到的5bp插入（命名为tan2-a ），还发现了另外两个隐性等位，分别是第七个外显子上8bp的插入（tan2-b ）以及第七个和第八个外显子中间95bp的内含子缺失（tan2-c ）。

180个品种的panel中，Tan1 的多态性位点比Tan2 的位点有更强的关联信号。六个致因突变（casual variants）中，只有tan1-a 的MAF超过25%，超过了GWAS阈值线。其它五个无效等位由于较低的MAF，从1%到13%，都比阈值线低。

为了将生物学上的视角引入统计学模型，研究人员做了基于单倍型的关联分析。每个基因上的三个隐性等位，进行四种比较，分别是：野生型 vs a+b; 野生型 vs a+c;野生型 vs b+c;野生型 vs a+b+c。基于单倍型的关联得到了更强的关联信号。同时Tan2 的所有低频隐性等位得到了显著关联信号。88个无单宁的品种中，63个有隐性的tan1Tan2，12个tan2Tan1 和13个tan1tan2。只考虑两个稀有等位，tan1-b 和tan2-b 的话，P值只有0.001。当六个致因突变都考虑的时候，关联的P值达到了3.5x10-50。

研究人员随后在非洲种质资源库中的11,557份高粱中评估了单宁含量。大约55%的单宁高粱，45%的无单宁高粱，说明非洲存在不同的农业系统运行方式，而其它大洲的通常只保留无单宁的粮食作物。

一般来说，驯化过程为了拿到可口的高粱籽粒，选择是倾向于摒弃单宁高粱。所有野生高粱品种都含有单宁，同时在两个基因座位上都是显性位点。根据驯化明星基因-落粒基因 Shattering 1 (Sh1) 的地理分布，非洲内部存在三次高粱的驯化起源。为了探究单宁高粱的驯化历史，研究人员对61份之前用来研究Sh1 的非洲地方种进行了Tan1 和Tan2 的分型。39份单宁地方种携带Tan1 和Tan2，三个sh1的等位（sh1Tx430，sh1SC265，sh1Tx623）的等位基因频率相近。剩下的22份无单宁的高粱中，59%是Tan2tan1 的组合（38%是tan1-a，62%是tan1-c），41%是Tan1tan2 组合（33%是tan2-a，66%是tan2-c）。三个sh1的等位基因在无单宁的高粱中频率分布差异很大（66% sh1Tx623  ，22% sh1SC265，11% sh1Tx430）。tan1-b 和tan2-b 均未检测到，与之前180个品种中频率低表现一致。同时，地方种也不存在tan1tan2 的组合，毕竟只要一个基因是隐性就是无单宁高粱，与180个品种只有7%的高粱同时含有两个隐性等位结论一致。

研究人员又分析了非洲地方种致因突变的地理分布。带tan1-a 的地方种来自于主要是sh1SC265的东非和西非，而tan2-c 的品种来自主要是sh1Tx623的南非。tan1-c 在西非频率很低，同时东非没有tan2-a 的品种。地理分布与FST 的计算结果一致。tan1-a 的FST 为0.6，而其它位点低于0.2。所有结果说明对于无单宁高粱的选择可能是个多起源的事件。

单宁高粱可以提前萌发，防止鸟害，籽粒发霉。与其它谷物的籽粒被外壳或者外种皮完全包裹不同，高粱的籽粒缺乏颖片的保护层，直接暴露给捕食者。红嘴奎利亚雀的种群大小上亿，是非洲最多最具破坏性的害鸟。已有实验室报道单宁与红嘴奎利亚雀的食性偏好负相关。除几内亚湾以外，红嘴奎利亚雀的地理分布与高粱的产区重合。每个国家的单宁高粱比例与红嘴奎利亚雀的分布面积呈显著正相关的模式。单宁高粱在东非和南非分布更多，同时鸟害更为严重；无单宁的高粱在西非分布更广，只有轻微的鸟害。

研究人员以Sh1 和Adh1（中性位点）作为参照，调查了Tan1 和Tan2 在三个高粱群体（10个野生种，17个单宁栽培种，39个无单宁栽培种）的核苷酸多样性（π）和固定系数（FST）。在Tan1 和Tan2 的基因附近，和变化与Sh1类似。HKA检验和表明Tan1 和Tan2 受中等程度的选择。

正如南非农民通过选育高杆水稻来抵抗定期洪水一样，单宁高粱的出现也是非洲某些地区需要的性状，用以保护植株抵抗鸟害。

单宁能够抵挡红嘴奎利亚雀和其它害虫，却由于苦味，不能变成粮食。早期研究指出TAS2R 在非洲的分化与类似的苦味刺激物水扬苷有关。有能力分辨丙硫氧嘧啶试剂的试味者（下文简称Tasters）可以从单宁含量高的高粱籽粒中感知苦味，而不能分辨的人（non-Tasters）对于高粱并无偏好。同时，单宁合成的前体物质（表儿茶酸或者原花青素）已经在体外实验中证实能够激活人类的TAS2R4，TAS2R5和TAS2R39。同时TAS2R4 和TAS2R5 的单倍型区块变异者从咖啡中感知到的苦味，而祖先类型的单倍型（non-taster）感受的苦味更少。因此，TAS2R 的变异可能与单宁的分布有关。

研究人员比较了单宁的分布和公共数据库中已知的非洲人群的TAS2R 变异类型中。33个注释到的TAS2R 基因中，18个TAS2R 基因在高粱产区的2605个人中有56个SNP位点。两个TAS2Rs（TAS2R4 和TAS2R5 ）的三个SNP的分布与单宁高粱呈平行分布。三个SNP分别是rs2234002（错义突变，TAS2R4），rs2234012（TAS2R5 的5’UTR），rs2227264（错义突变，TAS2R5），三个突变处于高度连锁不平衡状态（r 2  = 0.858），组成了两个单倍型解释了受测人群中83.84%的变异。TAS2R4 和TAS2R5 的祖先等位在东非和南非中频率更高，而在西非人群中低，这与单宁高粱的分布一致。平行分布说明拥有TAS2R 祖先等位的non-taster为了避免产量的丢失，更倾向于种植单宁高粱，而轻微鸟害地区的taster为了更好的口感，更倾向于种植无单宁的高粱。

说了这么多单宁的故事，想必大家已经对其有一定的了解了。单宁的抗氧化功能让求美者对其欲罢不能。Abbkine亦提供超全的氧化和抗氧化检测方案：

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