姜花萜类合成酶基因的克隆、表达及代谢调控

花香是观赏植物的重要观赏性状，萜烯类挥发性物质是花朵的主要香气成分，萜类合成酶是萜类化合物代谢分支点上催化各种萜类物质合成的第一个关键酶，对花朵释香起决定作用。姜花是著名的热带亚热带香型切花，花朵释放大量的萜烯类香气物质。采用释香性状差异显著的种类、不同组织器官和不同花发育阶段姜花材料比较其萜类合成酶类基因表达的差异，找出决定萜类香气物质的关键基因，通过基因超表达、RNAi干涉和原核表达研究其功能。通过该项研究，可获得具有自主知识产权的香气基因，为今后利用该类基因改造花卉的芳香性状，培育具有香气的花卉品种打下基础。

花香是观赏植物的重要观赏性状，萜烯类挥发性物质是花朵的主要香气成分，萜类合成酶是萜类化合物代谢分支点上催化各种萜类物质合成的第一个关键酶，对花朵释香起决定作用。姜花是著名的热带亚热带香型切花，花朵释放大量的萜烯类香气物质。本课题利用RT-PCR与RACE相结合的方法，从白姜花花瓣中克隆出HcTPS1，HcTPS2，HcTPS6，HcTPS7和HcTPS8等萜类合成酶基因的cDNA和DNA全长，5个基因都在有香味的白姜花和金姜花中表达，而在不香的红姜花和园瓣姜花中不表达，它们都只在姜花的花瓣、花萼、雄蕊和雌蕊等花器官中表达，营养器官不表达，表达进程与开花释香进程相一致；且叶片在受伤害、虫害和茉莉酸甲酯诱导下高量表达；原核表达结合体外功能分析结果表明， HcTPS1多产物的沉香醇合成酶，HcTPS2和HcTPS8都是特异单产物的沉香醇合成酶，HcTPS6为香叶醇合成酶，HcTPS7为桧烯合成酶，其中HcTPS2和HcTPS8是能催化两种前体底物GPP和FPP形成单萜和倍半萜的双功能酶；基因定位实验结果表明HcTPS1，HcTPS7 和HcTPS8都定位于质体，可利用质体库中的底物形成相应的产物；利用hiTAIL-PCR技术克隆出白姜花萜类合成酶基因HcTPS1 和HcTPS2 5′端的上游序列，构建GUS报告基因融合植物表达载体并通过农杆菌介导转化烟草，通过GUS染色和酶活测定结果表明，HcTPS1 和HcTPS2启动子片段仅能驱动GUS基因在烟草花部特异表达，且表达规律与开花时期一致，即花蕾期不表达，盛花期高表达，说明HcTPS1和HcTPS2启动子具有花部组织特异性，为花特异启动子和花成熟调控启动子；不能驱动GUS基因根、茎、叶中表达，但在伤害诱导和茉莉酸甲酯诱导下，GUS基因均能得到表达，说明其为伤害和茉莉酸甲酯诱导的诱导型启动子，且伤害诱导下驱动GUS基因表达的能力显著高于CaMV 35S启动子驱动外源基因表达的能力，表现出强启动子的特征；构建了HcTPS2启动子和HcTPS1的植物融合表达载体，采用农杆菌介导的叶盘法转化烟草，转基因烟草花朵能挥发出大量的沉香醇。.通过该项研究，获得多个具有自主知识产权的重要花香基因和具有重要调控花香基因表达的启动子，为今后利用该类基因和启动子改造花卉的芳香性状，培育具有香气的花卉品种打下了坚实的基础。