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褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基色胺,Melatonin)是所有植物都具有的一种内源吲哚胺,但不同植物中的含量差别巨大。褪黑素具有很高的抗氧化活性,是一种强的抗氧化剂,调控了植物体内很多的生理过程,包括保护植物抵御生物与非生物逆境,监管植物的生长发育,调控植物茎和侧根的形成、胚胎发育、种子萌发、开花时间控制以及叶片衰老等过程。但是它在果实成熟中的生理及营养功能还不是很明确。本研究发现外源褪黑素处理绿熟期番茄果实后,能够促进番茄果实的成熟,并能提高其品质。主要表现在：1)褪黑素能促使番茄变红。番茄红素的含量是对照组的5.8倍,番茄红素合成过程中两个关键基因,PSY1和CRTISO的表达量比对照组增加了两倍。2)褪黑素能增加水分的散失。失水率比对照组增加了8.3%。水通道蛋白基因(SlPIP12Q,SlPIPQ,SlPIP21Q,SlPIP22)的表达量也有不同程度的增加(2-3倍)。3)褪黑素能促进番茄果实的软化。可溶性果胶含量比对照组增加了22.5%,原果胶的含量比对照组番茄减少了19.5%。细胞壁相关的基因,PG、PE1、TBG4和Expl,它们的表达也都上调了。4)褪黑素能增加风味物质。外源褪黑素处理后,促进了芳香物质挥发,其中正己醛的含量比对照组增加了51.8%。并且参与芳香性物质产生的关键基因,SlADH2和SlAAT的表达都上调了,其中AAT的表达量是对照组的8倍。另一方面,可溶性糖的含量也比对照增加了10.9%。5)褪黑素能促进乙烯的生成。乙烯的含量比对照增加了27.1%,而且比对照提前达到呼吸跃变高峰值。并且乙烯合成以及信号转导过程中的相关基因,ACS4以及乙烯受体蛋白基因NR、SlETR4信号转导下游基因SlEIL1、SlEIL3、SlERF2也有不同程度的上调。外源褪黑素能够促进番茄果实的成熟并且导致其品质的提高,推测可能是由于褪黑素增加了乙烯的生物合成,并增强了乙烯的感知和信号转导所致。label-free差异蛋白组学的方法进一步分析外源褪黑素处理绿熟期番茄果实后与对照组的差异蛋白发现有241个差异蛋白,这些差异蛋白参与了不同的成熟相关通路,包括细胞壁代谢,氧化磷酸化,碳代谢和脂肪酸代谢等。另外,外源褪黑素处理番茄果实后,花青素合成代谢途径中的大多数蛋白表达量都有显著增加。研究发现,500M褪黑素处理的番茄果实(M50)中总的花青素含量在处理后5天、8天、13天分别增加了52.09%、48.41%以及49.93%。而且,花青素合成途径中的关键结构基因的表达量都有不同程度的增加。利用乙烯信号不敏感突变体Nr番茄果实进一步研究褪黑素使番茄果实中类胡萝卜素积累的作用机制发现,外源褪黑素处理突变体绿熟番茄后不同类胡萝卜素的含量以及与类胡萝卜素合成相关基因的表达量与对照相比都没有显著变化,以此推测褪黑素促进类胡萝卜素合成主要依赖于乙烯信号转导途径。总之,本研究揭示了外源褪黑素对果实成熟以及番茄红素积累的影响及其作用机制,丰富了番茄采后成熟软化理论,为番茄的贮藏保鲜提供新依据。并且进一步证实了果实成熟过程中褪黑素介导的乙烯信号转导和调控机制。