花粉直感诱导柑橘果皮中月桂烯等香味物质富集的分子机理

Aroma enhancement is a practical strategy in improving fruit qualities to meet consumers' increasing requirements. The precious Citrus nobilis Lauriro 'Mangshanyegan' is native to mountain area of Yizhang county, Hunan province, presenting intensive fruit and sweet floral flavor on its rind, emitting high levels of β-myrcene and linalool oxidizes as its characterize volatiles. Through pollination, the characterize volatiles could be transferred to the rind of other citrus species. Based on the metaxenia effect, citranges with and without the characterize volatiles, resulting from fertilization and non-fertilization, respectively, were employed in citrus aroma enhancement research. RNA-seq discovery, functional characterization via gene transformation and GC-MS analysis of β-myrcene synthase/enhancement and linalool/linalool oxides synthase/enhancement related structural genes and regulate network was adopted in the research. In an attempt to improve fruits aroma quality in citrus, varieties with the metaxenia effect of aroma transfer will be the candidate ones in citrus industry with promising market values. Furthermore, the elucidation of mechanism in specific aroma enhancement as well as the proposed precious candidate genes in the research will benefit our future breeding program in new, intensive aroma citrus germplasm innovation.

香味品质是果实品质的一个重要方面。囿于香味物质的复杂性、检测条件的高要求及对部分生物合成途径认知的缺乏，柑橘香味形成分子机理的研究鲜见报道。上世纪在湖南宜章发现的莽山野柑（Citrus nobilis Lauriro），呈浓郁果香和甜花香，为高含量的β-月桂烯和芳樟醇氧化物所致，是研究柑橘香味物质富集的宝贵材料。随着授粉作用，可使枳橙果皮中上述两类香味物质的含量升高，呈现出莽山野柑的香味。利用此花粉直感现象，可使香味物质富集机理研究在遗传背景一致的授粉/未授粉枳橙果皮中展开。本研究拟采用RNA-seq测序、GC-MS检测等技术来构建和验证诱导月桂烯和芳樟醇氧化物富集的代谢网络和相关基因，并利用原核和真核表达等方式进行基因功能验证。它可为超（异）香型柑橘种质的创制提供宝贵基因资源，对加强柑橘香味物质代谢的基础研究和直接用于提升现有栽培品种香味品质的生产实践均具有重要的价值和意义。

莽山野柑（Citrus nobilis Lauriro）呈浓郁果香和甜花香，为高含量的β-月桂烯、芳樟醇及顺式-和反式芳樟醇氧化物所致。其香味可随传粉作用使被授粉果实具备其特征香味，是研究柑橘挥发性物质富集的分子机理及完善柑橘挥发性物质生物合成途径的宝贵材料。利用常规授粉技术、转录组测序、GC-MS检测、大肠杆菌原核及烟草愈伤组织真核体外表达体系等，本研究已明确：1）3年以上的授粉实验和GC-MS分析表明，该花粉直感效应仅在部分单胚柑橘种质上表现稳定，并申请专利；2）大肠杆菌体外表达实验及GC-MS分析表明，本研究克隆到的LIS-S与芳樟醇的合成有关，LIS-L的功能尚待确定；3）从转录组筛选到6个P450基因，其中LO1在授粉果实中大量表达，在烟草愈伤组织中超表达后，具有催化芳樟醇生成顺式-、反式-芳樟醇氧化物的酶功能。对P450候选芳樟醇氧化物合成基因的挖掘和功能验证，是本研究的亮点。此外，本研究还建立了验证挥发性物质形成相关基因功能和活力的烟草愈伤组织培养体系；结题后，对β-月桂烯大量合成的分子机理和其他候选P450基因的功能验证会持续展开。本研究对加强柑橘挥发性物质代谢的基础研究和直接用于提升现有栽培品种香味品质的生产实践具有重要的价值和意义。