柑橘中挥发性萜类物质代谢研究进展

柑橘中挥发性物质以萜类为主,不仅影响植株与环境间的信号传递和赋予果实的香气,而且对消费者的感官体验及人体健康有多样的功能。对柑橘中挥发性萜类物质生物学功能、代谢谱的种质及组织特异性、合成途径相关基因及挥发性物质与柑橘分类等研究进展进行了综述。提出目前对柑橘挥发性萜类物质的研究仅限于代谢通路及代谢谱分析;在成分分析上多以游离态为主,糖苷等键合态的分析较少;已明确功能的结构基因及调控基因报道较少,香气品质的形成机理尚有待深入解析。展望未来,基础研究方面应重点揭示柑橘中挥发性萜类物质代谢的进化和演变规律、重要结构基因及转录因子调控机制等;生产应用中关注开发利用现有具特异香味种质、创制特殊香味新品种以及提升香气品质的栽培措施。

栀子TPS基因家族鉴定及与萜类物质代谢的相关性分析

TPS基因家族是萜类化合物合成的末端关键酶,在栀子花香的形成中起重要作用。为了明确栀子TPS基因家族成员的基本特征,利用生物信息学方法对栀子TPS基因进行家族成员鉴定;通过外源激素喷施试验进行转录组测序,结合顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术,分析不同外源激素浓度下栀子花朵TPS基因家族成员表达水平和代谢物含量变化关系。结果表明:从栀子基因组中共鉴定获得GjTPS家族成员41个,编码氨基酸380~849个,含有外显子5~15个不等,GjTPS家族成员定位在叶绿体中,并且不均匀地分布在10条染色体上;共线性分析表明栀子与其同科植物中粒咖啡的TPS基因有更近的亲缘关系。系统发育分析结果显示GjTPS基因分为5个亚家族,TPS-a、TPS-b亚家族包含了大多数GjTPS家族成员。GjTPS家族成员的大多数启动子顺式作用元件在植物激素响应类别中,并且包含MYC基序的茉莉酸甲酯响应元件是其中大类;通过转录组数据得到GjTPS02、GjTPS12、GjTPS14、GjTPS20、GjTPS21、GjTPS22这6个基因在各处理的表达量较高。对基因表达量与萜类物质含量变化进行相关性分析,发现1.25 mmol·L^(-1)的茉莉酸甲酯有助于栀子TPS基因家族成员的表达及萜类物质的释放;GjTPS12、GjTPS14、GjTPS20、GjTPS21、GjTPS22这5个基因可能参与栀子花香调控。本研究结果可为后续栀子TPS基因家族功能特性研究提供借鉴。

杜鹃花TPS基因家族鉴定及与萜类物质代谢的关系分析

萜烯合成酶(terpene synthase,TPS)能催化不同的前体物质生成不同的萜类化合物,是合成萜类物质的关键酶。为探究杜鹃花TPS基因家族成员在萜类物质代谢过程中的表达模式,本文基于杜鹃花基因组数据库,利用生物信息学方法对杜鹃花TPS基因(TPS)进行家族成员鉴定;通过云锦杜鹃和诺娃杜鹃两种不同种高山杜鹃的转录组测序结果,结合qRT-PCR、顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用技术,分析两种杜鹃不同发育时期花瓣中TPS家族成员表达水平和代谢物含量变化关系。结果表明,从杜鹃花基因组数据库中共鉴定获得47个RsTPS成员,RsTPS家族成员长度在591-2634 bp之间,含有3-12个外显子不等,编码196-877个氨基酸;RsTPS家族成员主要分布在叶绿体和细胞质;系统进化分析结果显示RsTPS基因分为5个亚组。通过分析转录组数据得到7个功能注释为TPS的基因家族成员,发现TPS1、TPS10、TPS12和TPS13的表达量在4个时期中呈现出先上升,到盛开期达到顶峰后再下降的趋势。对基因表达量变化与萜类物质含量变化进行相关性分析,发现TPS1、TPS4、TPS9、TPS10、TPS12和TPS13表达量与云锦杜鹃不同时期花瓣中萜类物质含量变化呈显著性正相关,推测这6个基因家族成员可能是参与云锦杜鹃花香调控的关键基因。