香雪兰花香代谢关键基因的克隆与功能分析

香雪兰是一种具有较高经济价值的观赏植物，在几百年的栽培历史中其香味的主要成分始终没有变化，故它是研究花香的良好的花卉植物资源。本课题组前期对其花香的研究表明，沉香醇合酶基因为香雪兰花香代谢的关键基因，与香雪兰的花香产生关系密切。本项目拟选取香味香雪兰及无香味香雪兰两个品种为实验材料，对沉香醇合酶基因进行深入研究。主要包括以下内容：1）用PCR克隆、功能克隆等方法克隆香雪兰沉香醇合酶基因；2）通过原核表达对基因功能进行验证；3）对克隆的两个香雪兰品种的沉香醇合酶基因进行比较研究；4）利用模式植物进行酶基因的功能分析。项目的展开对香雪兰的花香代谢规律及花卉改良等研究具有重要的理论及应用价值。

植物花香是由一系列的小分子挥发物组成的混合物，主要包括芳香族化合物、脂肪族化合物及萜类化合物三类，其中萜类化合物占有十分重要的地位。. 课题组利用水蒸汽蒸馏法、Aqua-space法和顶空固相微萃取等方法，收集了多个香雪兰品种的花香成分，GC-MS分析显示，沉香醇是唯一稳定存在的主要花香成分，所以，课题组首次克隆和分析了香雪兰红花和白花的沉香醇基因，共获得全长序列2个，基因片段2个，体外酶活检测证明，两个全长基因编码的蛋白都能够利用GPP合成沉香醇。而且基因的表达与沉香醇的释放和沉香醇合酶活性三者之间具有一定的相关性且与香雪兰开花过程相关，说明已经克隆得到的基因确实是沉香醇合酶基因。但是对比红花香雪兰和白花香雪兰沉香醇合酶基因发现，二者之间并没有差异，说明沉香醇并不是导致香雪兰香味有无的关键因素。. 顶空固相微萃取及气相色谱和质谱联用技术分析结果显示：1）红花和白花的天然花香成分都是以萜类物质为主，沉香醇是两者中都存在的主要花香成分。红花花香成分以单萜为主，而白花成分主要为倍半萜。2）两个品种的花香成分的差异为红花花香成分含大量的紫罗兰酮，而在白花中未检测到；3）花香的释放具有明显的昼夜节律性，并随着花朵的发育发生规律性变化。. 根据上述结果可以推测香雪兰香味的差异主要由三个原因导致：1）沉香醇是导致白花香雪兰并未完全丧失香味的因素；2）紫罗兰酮可能是红花和白花香雪兰香味差异的一个可能因素；3）单萜和倍半萜的差异是导致红花和白花香雪兰香味差异的另一一个可能因素。. 香雪兰萜类物质成分数量丰富且含量较高，为研究花香代谢尤其是挥发性萜类物质代谢提供了契机。所以课题组进行了红花和白花香雪兰品种的转录组测序，共获得花香代谢相关基因序列44个，接着开展了主要花香成分基因克隆工作，获得了全长基因3个，片段7条，为深入研究香雪兰花香代谢机制奠定了基础。. 总之，课题组完成了研究计划，并根据阶段研究结果修订和完善了原有研究方案，取得了有价值的研究结果，为深入研究香雪兰花香代谢规律奠定了基础。发表SCI研究论文5篇，获得国家发明专利4项，部分研究成果处于投稿和整理阶段。