JMT基因在春兰花香合成中的调控机制研究

Floral scent is the most important ornamental trait of Cymbidium goeringii.Though flowers of C. goeringii growed in north of Hubei province and west of Anhui province is beautiful and colorful,most these cultivars lack a distinct scent. Our prophase study had identified that methyl jasmonate(MeJA) was the characteristic floral scent consistent of scented C. goeringii'Cangyansu',and scentless Hubei C. goeringii lack MeJA. In addition, we isolated the jasmonic acid carboxyl methyltranferase(JMT) gene that regulated the biosynthesis of MeJA from jasmonic acid.However, the JMT expressed both cultivars.In this project, we will isolate the cDNA and gDNA sequences from the two cultivars, then compare the sequences alignment, analyze the expression levels, enzyme activity and function of JMT, quantitate the endogenous MeJA and jasmonic acid of C. georingii flowers. The results will reveal the molecular mechanism of different emission pattern of MeJA from scented'Cangyansu'and scentless Hubei C. goeringii.This research will provide the knowledge for comprehending the evolution mechanism of C.goeringii floral scent. This could contribute to understand the floral scent metabolite of other scentless orchid and provide the knowledge for engineering these orchid with improved floral scent.

花香是春兰最为重要的观赏特性，但湖北北部、安徽西部等地的部分春兰虽然花型漂亮、花色艳丽，却因为没有芳香而不受人喜爱。项目组在前期研究中发现茉莉酸甲酯(MeJA)为春兰芳香品种'苍岩素'的特征香气成分，不香的湖北草中则不散发茉莉酸甲酯。另外从'苍岩素'中分离了控制MeJA合成的茉莉酸羧基位甲基转移酶(JMT)基因，发现JMT在'苍岩素'中明显表达，且在湖北草中也有弱表达。本项目在已有研究基础上，从两种材料中分别分离JMT的cDNA和gDNA序列，通过对两种材料中JMT基因序列、表达模式、酶活性、功能、内源MeJA含量以及底物茉莉酸含量的分析，研究两种材料中这些指标的差异，从而揭示春兰芳香品种和不香品种中MeJA差异散发的调控机制，这对理解春兰花香进化的机理具有重要意义，也可以为了解其它如蝴蝶兰、大花蕙兰等缺乏芳香的兰科植物的花香代谢进而进行香味改良提供理论上的借鉴。

项目以芳香春兰‘苍岩素’和不香春兰湖北草为材料，用顶空固相微萃取结合气相色谱质谱的方法分析了两个材料的花香成分，发现橙花叔醇和茉莉酸甲酯等为‘苍岩素’的主要成分，湖北草中含有大量橙花叔醇，不含茉莉酸甲酯。进行了两个材料盛花期的比较转录组分析，发现两个材料之间有4102个差异表达基因，其中上调基因1225个，下调基因2877个。筛选到与花香相关的差异表达基因16个，包括12个萜烯类合成酶基因，3个控制苯环型化合物合成的基因以及一个转录因子。采用实时定量RT-PCR对16个基因在芳香和无香春兰花中进行表达分析，16个基因的表达模式与转录组测定的表达一致。以所测转录组序列为基础，采用RACE方法，从春兰中克隆了花香相关的基因JMT、FPPS和EBOII，各基因cDNA全长分别为1125bp、1047bp和669bp，分别编码374、348和222个氨基酸，基因序列在两个材料中没有差异。表达分析表明，JMT在侧瓣、萼片和唇瓣中表达量较高；FPPS和EBOII主要在萼片中表达。另外构建了春兰花酵母单杂交文库，分离了‘苍岩素’JMT基因的启动子序列，并构建了酵母单杂诱饵载体用于筛选酵母单杂文库。对JMT基因进行了原核表达分析, 经大肠杆菌表达系统表达的重组蛋白分子量正确，进一步的酵母文库筛选和功能分析正在进行。通过上述研究有望解析春兰茉莉酸甲酯差异散发的分子机理。