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为探究拟南芥花香挥发物差异的遗传机制，研究人员筛选 116 个品系，发现 CYP706A3 突变可增加花香倍半萜排放。
在植物的奇妙世界里，花朵绽放时散发出的香气总是令人着迷。拟南芥，这种看似普通的植物，其花朵的香气却隐藏着许多秘密。萜烯类化合物是拟南芥花朵主要的香气成分，它们不仅能吸引传粉者，还能抵御食草动物和影响微生物组成。虽然拟南芥常被认为是自花授粉植物，但不同植株花朵萜烯挥发物的排放存在自然差异。然而，长期以来，拟南芥花香自然变异背后的遗传机制却一直是个未解之谜，这就像一层神秘的面纱，笼罩在植物学家们的心头。为了揭开这层面纱，韩国先进科学技术研究院和首尔国立大学的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上。
研究人员用到的关键技术方法主要有以下几种：一是花顶空挥发物分析技术，用于收集和分析拟南芥花朵释放的挥发性物质；二是下一代定位（NGM）分析，通过构建特定的杂交群体来定位与花香性状相关的基因区域；三是 RNA 测序分析，研究不同品系拟南芥花朵基因表达的差异。
研究结果如下：
- Fr-2 花朵香气浓郁：研究人员分析了 116 个拟南芥品系的花朵挥发物，发现不同品系间存在显著差异。例如，(E)-β- 石竹烯在多数品系中都能检测到，而蒎烯、月桂烯等也在较多品系中被发现。其中，Fr-2 花朵能产生所有已报道的倍半萜，且含量较高，相比之下，常用作参考品系的 Col-0 花朵香气较弱，许多倍半萜在其花朵中检测不明显1。
- Fr-2 花朵香味性状的遗传方式：为确定与萜烯排放相关的基因位点，研究人员先进行全基因组关联分析（GWAS），但未找到与多数萜烯排放显著相关的位点。随后，他们选择 Fr-2 和 Col-0 构建 F?代定位群体。研究发现，F?代植株花朵挥发物与 Col-0 相似，表明 Fr-2 的花香性状是隐性的。在 F?代中，Fr-2 和 Col-0 的花香表型按 3:1 的比例分离，这意味着该性状由单个基因位点或紧密连锁的位点决定23。
- TPS11-CYP706A3 基因簇的作用：通过 NGM 分析，研究人员发现 Fr-2 和 Col-0 花朵 B 组倍半萜排放差异与 TPS11-CYP706A3 基因簇有关。RNA 测序分析显示，这两个品系中许多基因的表达存在差异，CYP706A3 在 Fr-2 花朵中的表达量较低45。
- TPS11 和 CYP706A3 的具体作用：研究人员进一步研究发现，Fr-2 的 TPS11 虽然有氨基酸替换，但与 Col-0 的 TPS11 相比，合成 B 组倍半萜的活性并无显著差异，说明 TPS11 不是导致 Fr-2 花朵倍半萜排放增加的原因。而 CYP706A3 在 Fr-2 中存在 1bp 缺失，导致提前终止密码子的出现，使其编码的酶功能丧失。在 Fr-2 背景下过表达 Col-0 版本的 CYP706A3，会显著降低花朵倍半萜的排放，这表明 CYP706A3 功能的缺失是 Fr-2 花朵倍半萜排放增加的重要原因67。
- 其他品系中的发现：研究人员还对其他排放大量 B 组倍半萜的品系进行研究，发现 Nieps (Np-0) 品系的 CYP706A3 基因也存在提前终止密码子，这说明 CYP706A3 基因突变导致倍半萜排放增加的现象在不同拟南芥品系中可能是普遍存在的89。
研究结论和讨论部分表明，拟南芥中排放大量花朵 B 组倍半萜的品系在 CYP706A3 基因上存在突变。研究还发现，Fr-2 花朵中与防御相关的基因表达水平低于 Col-0 花朵，这暗示萜烯挥发物可能与花卉防御有关。但同时，研究人员也指出，虽然 CYP706A3 基因突变能部分解释拟南芥花香排放的自然变异，但一些具有功能性 CYP706A3 基因的品系仍能排放大量花朵倍半萜，这表明可能还有其他未知机制在影响花香排放，有待进一步探索。这项研究为我们理解拟南芥花香的遗传机制提供了重要线索，有助于我们深入了解植物与环境相互作用的奥秘，也为后续研究植物花香调控和植物防御机制奠定了基础 。
