园林学院科研团队在神农香菊芳香性状形成分子机制解析中取得新进展

园林学院科研团队在神农香菊芳香性状形成分子机制解析中取得新进展

近日，园林学院花卉研究团队在重要芳香种质神农香菊的芳香性状形成分子机制解析中取得了新进展，研究成果以“Identification and functional analysis of terpene synthases revealing the secrets of aroma formation in Chrysanthemum aromaticum”为题，在线发表于国际知名期刊International Journal of Biological Macromolecules（中国科学院1区Top，IF=7.7）。

芳香是植物的重要观赏性状，由许多挥发性次生代谢产物组合形成。神农香菊是菊科菊属的一个狭布野生种，分布在湖北神农架林区的高海拔地带（约2000米以上）。其整株具有浓郁的芳香，被誉为“菊科植物中的薰衣草”，是珍贵的芳香植物种质资源。

神农香菊特殊的芳香性状，使其具有了重要的药用、茶用和日化（精油）等开发利用价值。此外，神农香菊作为改良栽培菊花芳香性状的重要种质资源，也具有极高的开发潜力。目前，许多研究对神农香菊挥发物的成分进行了鉴定，并对主要成分的生物活性进行了探究。但在其芳香性状形成分子机理的研究，尤其是对其主要挥发物成分如石竹烯、荜澄茄油烯、侧柏酮等萜类化合物的生物合成分子机制的解析方面，严重不足，制约了对其的开发利用。

针对上述问题，园林学院孙明教授研究团队利用全长转录组和二代转录组测序技术，结合基因表达模式分析以及挥发物代谢组联合分析，对可能参与神农香菊主要萜类化合物合成的关键酶基因进行了挖掘。进一步利用AlphaFold 2对关键萜类合酶进行了蛋白结构预测，并通过分子对接模拟探究了底物与酶之间的相互作用。借助原核表达技术在大肠杆菌中诱导了这些萜类合酶的表达，并通过体外酶活试验，对其催化活性进行了验证。

研究结果发现神农香菊CaTPS7对香叶基焦磷酸（GPP）和法尼基焦磷酸（FPP）均具有催化活性，CaTPS8，CaTPS10和CaTPS20仅对FPP具有催化活性。CaTPS7和CaTPS20在对FPP的催化活性上存在功能冗余，均能够催化FPP生成较高含量的β-石竹烯和少量的α-石竹烯。CaTPS8和CaTPS10则能够催化FPP分别产生反式橙花叔醇和榄香烯等化合物。综上，该研究结合代谢组学、转录组学、生物信息学和分子生物学研究手段，初步解析了神农香菊重要香气成分如石竹烯、榄香烯合成的分子机制。为进一步解析神农香菊萜类挥发物的代谢网络奠定了重要基础，这些鉴定到的萜类合酶基因将有望用于芳香型菊花的分子育种，丰富栽培菊花的观赏性状。

神农香菊关键萜类合酶基因的挖掘及功能表征

我校园林学院已毕业博士钟剑为该论文的第一作者，孙明教授为通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金（32271947）和雄安新区科技创新专项（2022XAGG0100）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.135377

作者：钟剑；审稿：庞瑀锡
编辑：杨一楠审核：杨金融

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