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为解决 “虎头” 茉莉花香特性及调控机制不明等问题，福建师范大学等单位的研究人员开展多组学分析研究。结果揭示其花香成分、关键调控基因等。该研究为其花香利用和遗传改良提供依据，值得科研读者一读。
探秘虎头茉莉花香的奥秘：多组学联合解析花香特性与调控机制
在植物的奇妙世界里，茉莉（Jasminum sambac (L.) Aiton, Oleaceae）凭借其精致洁白的花朵和独特迷人的芬芳，成为了热带和亚热带地区备受青睐的花卉明星。它不仅在提炼精油、香水制作和芳香疗法等领域大显身手，在中国，还与茶叶携手，创造出了香气四溢的茉莉花茶。茉莉家族成员多样，有着单瓣（SP）、双瓣（DP）和多瓣（MP）等不同表型，它们在花产量、花香和抗逆性等方面各有千秋。单瓣茉莉香气清新优雅，双瓣茉莉产量高且抗逆性强，而多瓣茉莉中的 “虎头” 茉莉，更是凭借其层层叠叠的大花瓣（超过 50 瓣）和醇厚清爽的香气，在盆景栽培和景观设计中占据独特地位，展现出非凡的园艺和美学价值。
然而，尽管茉莉如此迷人，围绕 “虎头” 茉莉却仍有许多未解之谜。就拿它的花香来说，虽然大家都陶醉于它的芬芳，可这香味究竟由哪些成分构成，又是如何形成的呢？之前的研究已经对部分茉莉品种的花香有所探索，比如分析出了双瓣茉莉采后花朵中含量丰富的芳香化合物，也确定了一些与花香合成相关的候选基因。但 “虎头” 茉莉的遗传和育种研究、花香成分研究，却远远落后于其他品种。现有的多瓣茉莉基因组存在诸多漏洞和错误，这就像一幅缺失了许多关键拼图块的地图，让科研人员难以深入了解其花香的奥秘。所以，为了填补这些知识空白，解锁 “虎头” 茉莉花香背后的秘密，福建师范大学生命科学学院等单位的研究人员踏上了探索之旅，并在《Communications Biology》期刊上发表了题为 “Integrated multi-omics analysis unravels the floral scent characteristics and regulation in ‘Hutou’ multi-petal jasmine” 的论文。他们通过研究，成功绘制出了 “虎头” 茉莉花香的 “秘密地图”，这一成果对于 “虎头” 茉莉在香料、化妆品等领域的应用以及遗传改良有着重要意义。
为了揭开 “虎头” 茉莉花香的神秘面纱，研究人员运用了多种前沿技术。在基因组测序方面，他们巧妙地结合了 PacBio 高保真（HiFi）测序和高通量染色体构象捕获（Hi-C）技术，就像是给 “虎头” 茉莉的基因组拍了一张高清、完整的照片。代谢组学分析时，采用顶空固相微萃取（HS-SPME）联合气相色谱 - 质谱（GC-MS）技术，精确地捕捉到了花朵中挥发性化合物的踪迹。转录组学研究则借助 Illumina 测序平台 NovaSeq 对不同花期的 RNA 样本进行测序，全面了解基因的表达变化。此外，加权基因共表达网络分析（WGCNA）帮助他们梳理出基因之间的复杂关系，挖掘出关键调控基因。
一、基因组组装与注释：绘制 “虎头” 茉莉的基因蓝图
研究人员首先对 “虎头” 茉莉的基因组发起挑战。通过染色体核型分析和荧光原位杂交（FISH）技术，确定了它拥有 13 对染色体的二倍体基因组。借助 HiFi 和 Hi-C 数据，成功组装出了近完整的端粒到端粒（T2T）基因组，大小为 487.45 Mb。这个基因组质量超高，多项评估指标都表现优异，比如 contig N50 达到 38.93 Mb，BUSCO 完整性高达 98.50%，LAI 值为 21.81，达到了基因组组装的黄金标准。在这个基因组中，研究人员还发现了大量的重复序列，并且成功注释了 23,968 个蛋白质编码基因以及多种 RNA，为后续研究奠定了坚实的基础。这就好比为 “虎头” 茉莉建立了一个详细的 “基因图书馆”，里面存放着各种 “遗传密码”，等待着研究人员去解读。
二、开花代谢谱分析：探寻花香成分的变化轨迹
为了搞清楚 “虎头” 茉莉花香成分在不同花期的变化，研究人员利用 HS-SPME 结合 GC-MS 技术，对五个不同花期的花朵挥发性化合物进行检测。主成分分析（PCA）显示，不同花期的挥发性化合物存在显著差异。研究发现，挥发性化合物总量在花期先升后降，在 F3 期达到峰值。总共鉴定出 912 种挥发性化合物，其中萜类和酯类是主要成分。通过筛选显著差异挥发性物质（SDVs），确定了 16 种可能对花香形成起关键作用的物质，像 α - 法呢烯和戊酸 1 - 乙烯基 - 1,5 - 二甲基 - 4 - 己烯酯等，它们在花期的含量变化影响着 “虎头” 茉莉的独特香气。这就像是找到了 “虎头” 茉莉花香的 “调味剂”，不同的 “调味剂” 在不同时间发挥作用，调出了独特的香味。
三、开花转录组动态分析：解读花香合成的基因密码
转录组学研究就像是给 “虎头” 茉莉花香合成过程中的基因活动拍了一部 “动态电影”。研究人员对五个花期的 RNA 样本进行测序，发现不同花期基因表达差异显著，随着花期推进，差异表达基因（DEGs）数量增加。GO 和 KEGG 富集分析表明，这些 DEGs 参与了众多与花香合成相关的生物过程和代谢途径，比如 “氧化还原酶活性”“苯丙烷类生物合成” 等。在萜类生物合成途径中，MVA 途径相关基因表达水平较高，与主要倍半萜的高含量相匹配；在苯丙烷类 / 苯甲酸类生物合成途径中，多个基因的表达变化与相应挥发性化合物的释放模式一致。这说明基因就像一个个 “小工匠”，在不同花期有条不紊地工作，构建出了 “虎头” 茉莉的花香世界。
四、与萜烯生物合成正相关的转录因子：花香调控的幕后推手
研究人员通过 K - 均值聚类分析，发现一些基因子类的表达趋势与主要 SDVs 的变化趋势相呼应。对这些子类进行 KEGG 富集分析，发现它们主要参与了 “MAPK 信号通路 - 植物”“植物激素信号转导” 等重要途径。进一步分析发现，ERF、MYB、WRKY 和 bHLH 等转录因子家族可能正向调控萜烯代谢物的生物合成。通过构建调控网络，还确定了一些关键转录因子，如 HTWRKY41 和 HTWRKY53，它们可能在花香合成过程中发挥着重要的调控作用。这些转录因子就像是 “指挥官”，指挥着基因 “小工匠” 们工作，决定着花香的释放。
五、与花香挥发物排放相关的 WGCNA 模块：构建花香调控网络
为了深入了解花香产生的遗传调控网络，研究人员运用 WGCNA 技术，将基因分组并构建共表达网络。结果发现，品红色和紫色模块与特定挥发性化合物存在强正相关。在品红色模块中，HTWRKY41、HTWRKY53 和 HTHSP90 等被确定为关键枢纽基因。对 HTWRKY53 的进一步研究表明，它定位于细胞核，具有转录抑制活性，可能是花香合成的重要调控因子。这就好比构建了一个复杂的 “花香调控工厂”，各个基因和转录因子在其中协同工作，而这些枢纽基因就是 “工厂” 里的关键设备，控制着花香的生产。
六、差异表达花香相关基因的定量分析：验证基因表达的可靠性
为了确保转录组数据的可靠性，研究人员挑选了六个与花香挥发性化合物相关的结构基因进行 qRT-PCR 分析。结果显示，这些基因的相对表达趋势与 RNA - Seq 数据基本一致，这表明转录组数据能够准确反映 “虎头” 茉莉中萜烯和苯丙烷类生物合成相关基因的表达情况，为之前的研究结果提供了有力的验证。
在这次研究中，科研人员成功绘制出了 “虎头” 茉莉的近完整 T2T 基因组，为后续研究提供了关键的基础数据。代谢组学分析发现了 16 种关键的 SDVs，其中 5 种有气味的化合物，特别是 α - 法呢烯和戊酸 1 - 乙烯基 - 1,5 - 二甲基 - 4 - 己烯酯，可能是 “虎头” 茉莉醇厚优雅香气的 “幕后功臣”。通过 WGCNA 分析，找到了 HTWRKY41、HTWRKY53 和 HTHSP90 等与关键挥发性物质正相关的基因。转录组分析揭示了花香合成受植物激素和转录因子的调控，结构基因的表达变化影响着芳香化合物的相对含量，基因复制事件则推动了花香相关基因的产生和功能多样化。
这项研究意义重大，它首次全面解析了 “虎头” 茉莉的花香化学组成及其复杂的分子调控机制。对于 “虎头” 茉莉在香料、化妆品行业的应用来说，研究结果有助于开发出更多以 “虎头” 茉莉花香为特色的产品。在园艺领域，为 “虎头” 茉莉的遗传改良提供了理论依据，科研人员可以通过基因编辑等技术，培育出花香更浓郁、更独特的新品种，让 “虎头” 茉莉在未来绽放出更加迷人的光彩，为我们的生活增添更多的芬芳和美好。
