尾叶紫薇特征香气成分释放规律与MEP通路关键基因的研究

发布时间：2020-04-02 01:24

【摘要】：紫薇(Crape myrtles)是我国夏季重要的观花木本植物,但缺少香花品种。花香是紫薇育种的一个主要方向。尾叶紫薇(Lagerstroemia caudata)作为紫薇属的一个重要香花种质,已知单萜类化合物是其香气物质的一个主要类别。但目前尚未确定尾叶紫薇的特征香气成分及其时空释放规律。此外,由于缺乏相关的生物数据,影响尾叶紫薇单萜类化合物形成的关键基因、转录因子等也均不清楚。使得尾叶紫薇难以得到有效的应用。针对上述存在的问题,本研究拟通过表型观测,HS-SPME-GC-MS技术,外标半定量技术结合转录组和代谢组联合分析的方法,系统研究尾叶紫薇主要香气物质的构成特征,释放规律与影响其合成的关键基因等。主要研究结果如下:(1)SPME的萃取参数直接影响尾叶紫薇花朵香气物质的萃取结果。本试验在A4B3C2D4E1条件下,即称量 0.4 g 样品,50/30μm DVB/CAR/PDMS-2 cm 萃取头,50℃条件下,萃取40 min,解析2 min时达到最佳萃取效果。共在尾叶紫薇单花(6:00 am)中鉴定了 29种香气物质,其中有20种在尾叶紫薇中被首次鉴定。主要的香气物质类别为脂肪醇(48.79%)和单萜类(38.22%)化合物。(2)尾叶紫薇香气物质的释放与其花发育阶段有关。盛开期中总的香气物质释放量(140.90 ng/g/min)显著高于现蕾期(36.54 ng/g/min)和盛开末期(24.92 ng/g/min),是尾叶紫薇花香释放的最主要阶段。单萜类化合物是盛开期区别于现蕾期和盛开末期的特征香气组分。橙花醇、香叶醇和芳樟醇是其中释放量最高的3种香气物质,它们大多表现为甜香、花香。以单萜类为主的香气物质的释放还受昼夜节律的影响,表现为明显的白天授粉的日间释放模式。6:00 am为最佳授粉时间点。(3)尾叶紫薇花朵香气物质的释放具有一定的空间差异性。雄蕊中总的香气物质释放量(627.96 ng/g/min)显著高于花瓣、雌蕊、花萼和花梗(6.02-69.74 ng/g/min),是尾叶紫薇香气物质最主要的来源。雄蕊中的主要香气物质类别为单萜类和脂肪醇,与单花中的香气物质构成特征更为一致。尾叶紫薇花朵香气物质的释放还具有一定的组织特异性,如橙花醇和芳樟醇分别仅在雄蕊和雌蕊中被检测到。(4)在尾叶紫薇现蕾期、盛开期和盛开末期的花朵中共筛选出16种显著性差异表达代谢物,包括7种单萜类、4种脂肪醇、3种脂肪醛和2种苯类化合物。其中,有6种单萜,橙花醇、香叶醇、芳樟醇、香茅醇、柠檬醛和反式柠檬醛的表达模式与尾叶紫薇的花香表型变化完全一致,其最主要的富集代谢途径为香叶醇降解途径。结合这3个开花阶段RNA-seq测序的结果,筛选出多个参与该通路的关键基因,并提出了一个尾叶紫薇MEP途径的假设模型。本研究阐述了尾叶紫薇香气物质的构成特征和释放规律,并探索了其花香形成与调控的分子机制。研究结果拓展了紫薇属植物香气物质的认知,为高效利用紫薇属香花种质,定向培育紫薇香花新品种奠定理论基础。
【图文】：

途径,单体,胞液,萜类化合物

目前己知的萜类化合物代谢合成的共有前体为ＩＰＰ和ＤＭＡＰＰ邋（Ｐｉｃｈｅｒｓｋｙ，邋２００６；逡逑孔滢等，２０１２）。ＩＰＰ和ＤＭＡＰＰ可以从两个独立的代谢通路中合成：即ＭＶＡ途径和逡逑ＭＥＰ途径（图１．１）邋（Ｂｏｈｌｍａｎｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９９８）。其中，ＭＶＡ途径主要为在胞液、内质逡逑网和过氧化物酶中合成的倍半蔽（Ｃ１５）、三蔽（Ｃ３Ｑ）等提供Ｃ５单体（Ｌｉｃｈｔｅｎｔｈａｌｅｒ，邋１９９９；逡逑Ｈｓｉｅｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００８；邋Ｓｉｍｋｉｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１１；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔ邋ａｌ．，，２０１２）。位于质逡逑体的ＭＥＰ途径则主要为单１５邋（Ｃｍ）和二蔽（Ｃ２0）等的合成提供Ｃ５单体（Ｋｎｕｄｓｅｎｅｔ逡逑ａｌ．，２００６；邋Ｈｓｉｅｈ邋ｅｔａｌ．，２００８；邋Ｓｉｍｋｉｎ邋ｅｔａｌ．，２０１１；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔａｌ．，邋２０１２；孔澄等，２０１２）。ＩＰＰ逡逑和ＤＭＡＰＰ可在多个短链丙稀基转移酶（ｓｈｏｒｔ－ｃｈａｉｎ邋ｐｒｅｎｙｌｔｒａ

苯类,化合物,丁子香酚,苯甲醇

图１．２苯类／苯丙素类化合物的代谢合成。ＡＡＡＴ：芳香氨基酸转氨酶；ＢＡ：苯甲酸；ＢＡｃ：乙酸逡逑苯甲脂；ＢＡ－ＣｏＡ：苯甲酰辅酶Ａ；邋ＢＡｌｃ：苯甲醇；ＢＡｌｄ：苯甲醛；ＢＡＬＤＨ：苯甲醛脱氢酶；逡逑ＢＢ：苯甲酸苯甲酯；ＢＥＡＴ：苯甲醇乙酰基转移酶；Ｂｅｎｚｅｎｏｉｄｓ：苯类化合物；ＢＰＢＴ：苯甲醇／逡逑苯乙醇苯甲酰基转移酶；ＢＳＭＴ：苯甲酸／水杨酸羧基甲基转移酶；ＣＡ：反式肉桂酸；ＣＡ－ＣｏＡ：逡逑肉桂酰辅酶Ａ；邋ＣＮＬ：肉桂酰辅酶Ａ连接酶；ＥＧＳ：邋丁子香酚合酶；Ｅｕｇ：邋丁子香酚；ＩＥＭＴ：（异）逡逑丁子香酚氧位甲基转移酶；ＩＥｕｇ：异丁子香酚；１ＧＳ：异丁子香酚合酶；ＭＢ：苯甲酸甲酯；ＭｅｔＥｕｇ：逡逑甲基丁子香酚；ＭｅｔｌＥｕｇ：甲基异丁子香酚；ＰＡＡＳ：苯乙醛合成酶；ＰＡＬ：苯丙氨酸解氨酶；ＰＥＢ：逡逑苯乙基苯甲酸酯；ＰｈＡ：苯乙醛；Ｐｈｅ：苯丙氨酸；Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ：苯丙素类化合物；逡逑Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ－ｒｅ丨ａｔｅｄ：苯丙素相关类化合物；ＰｈＥｔｈ：苯乙醇；ＰｈＰｙｒ：苯丙酮酸。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｂｅｎｚｅｎｏｉｄｓ／ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ．邋ＡＡＡＴ：邋ａｒｏｍａｔｉｃ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄ逡逑ａｍｉｎｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；邋ＢＡ：邋ｂｅｎｚｏｉｃ邋ａｃｉｄ；邋ＢＡｃ：邋ｂｅｎｚｏｙｌ邋ａｃｅｔａｔｅ；邋ＢＡ－ＣｏＡ：邋ｂｅｎｚｏｙｌ－ＣｏＡ；邋ＢＡｌｃ：逡逑ｂｅｎｚｙｌａｌｃｏｈｏｌ；邋ＢＡｌｄ：邋ｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ；邋ＢＡＬＤＨ：邋ｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ；邋ＢＢ：邋ｂｅｎｚｙｌｂｅｎｚｏａｔｅ
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S685.99

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