挥发性代谢组学和转录组学联合分析揭示两个不同品种金银花花香的调控机制

近日，河南师范大学生命科学学院李建军老师课题组在Frontiers in Plant Science上在线发表了题为“Integrated volatile metabolomic and transcriptomic analysis provides insights into the regulation of floral scents between two contrasting varieties of Lonicera japonica”的研究论文。该研究利用挥发性代谢组学和转录组学分析方法筛选了金银花的花香相关的代谢物和重要通路，为金银花中花香的代谢机制和分子基础提供了理论支撑。

金银花属于忍冬科忍冬属植物忍冬，是一种重要的中药材，因其药用和香味特性而被广泛用于医药、化妆品、饮料和食品中。国内外研究主要集中在金银花的药理活性，对花香的调节机制研究未见报道。作者团队培育的金银花优良品种‘豫金2号’具有直立性强、生长快、耐寒耐旱、抗病强、花枝节间短、花期早、花期长、花蕾大等特点；且千蕾质量、单株产量和亩产量显著高于对照；活性成分均高于2010年版中国药典规定。值得特别注意的是，与主栽品种“封金1号”相比，‘豫金2号’具有花蕾紫红色、香气浓、无苦味等显著优良性状，使其成为开发高档功能性饮料和化妆品的重要原料。

在本研究中，为揭示金银花花香的调控机制，对‘豫金2号’（香气浓郁）和‘封金1号’（气味清淡）的银花期进行了挥发性代谢组和转录组分析（图1）。研究结果显示‘豫金2号’中多条途径和挥发物（VOC）可能与其香气浓郁密切相关，包括（1）通过调节转录因子如MYB、WRKY和LFY从而调控VOC合成相关基因的表达；（2）激活磷酸甲基赤藓糖（MEP）通路中的α-松油醇合酶（TES）和香叶基香叶基二磷酸合酶（GGPPS）的表达，产生有香味的单萜，如α-松油醇和香叶醇；（3）促进甲羟戊酸（MVA）通路中羟甲基戊二酰辅酶A合酶（HMGCS）、羟甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGCR）、甲羟戊酸激酶（MVK）、法呢基焦磷酸合酶（FPS）、α-法尼烯合酶（AFS1）等基因的表达，产生有香味的倍半萜，如法尼醇、法尼醛和α-法尼烯；（4）上调三萜生物合成途径中的角鲨烯环氧化酶（SQE1）和羽扇豆醇合酶（LUS）以及植物甾醇生物合成相关基因的表达；（5）下调苯类化合物的生物合成和积累；（6）上调色氨酸生物合成途径以增加色氨酸和邻氨基苯甲酸甲酯的积累；（7）上调参与脂肪酸衍生物生物合成途径的基因，以积累挥发性C9和C6醛、醇和酯（图2）。本研究为将来开展分子标记育种培育出品质更高、香气更佳的用于观赏、功能性饮料和化妆品的金银花品种奠定了重要基础。

李建军副教授为第一作者兼通讯作者。相关工作得到新乡市重大科技专项、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。

引用本文：Jianjun Li, Xinjie Yu, Qianru Shan, Zhaobin Shi, Junhua Li, Xiting Zhao, Cuifang Chang, Juanjuan Yu. (2022). Integrated volatile metabolomic and transcriptomic analysis provides insights into the regulation of floral scents between two contrasting varieties of Lonicera japonica. Frontiers in Plant Science. 13: 989036.

转自：“iPlants”微信公众号

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