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为探究夜香树（Cestrum nocturnum）花香释放机制，研究人员通过 HS - SPME - GC/MS 和转录组测序，分析其花瓣夜间物质及差异调控基因。发现苯甲醛、苯乙醛和乙酸苄酯是主要花香物质，相关基因 PALs 等在花期高表达，为研究夜香树开花和花香释放提供理论参考。
在植物的奇妙世界里，花朵绽放时释放的香气总是令人着迷。夜香树，一种与众不同的植物，它在夜间开花并散发浓郁香气。然而，这背后的奥秘却一直未被完全揭开。此前，虽然已知一些植物花香物质的种类及部分合成途径，但对于夜香树这种夜间开花且香气独特的植物，其花香释放的分子机制却知之甚少。这不仅限制了人们对植物夜间开花和香气释放现象的深入理解，也使得相关的植物培育和应用受到阻碍。为了揭开夜香树花香释放的神秘面纱，成都理工大学等机构的研究人员开展了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是顶空固相微萃取气相色谱 - 质谱联用技术（HS - SPME - GC/MS），用于收集和分析夜香树花瓣中的挥发性化合物；二是转录组测序技术，对不同时间采集的花瓣样本进行测序，以筛选出差异表达基因（DEGs）。同时，通过定量实时聚合酶链反应（qRT - PCR）对转录组测序结果进行验证。样本则采集自福建农林大学校园的夜香树花朵。
夜香树花瓣花香成分及释放趋势
研究人员利用 HS - SPME - GC/MS 分析从 18:00（对照，CK）到次日 06:00 夜香树花瓣挥发性物质的总离子色谱图。结果发现，18:00 至次日 04:00 期间，挥发性物质的主要成分基本一致。共检测到 22 种匹配良好的化合物，其中苯丙烷类有 12 种。挥发性物质的总峰面积在 24:00 最大，06:00 最小，相差 13.97 倍。苯丙烷类在 24:00 峰面积最大，此时苯甲醛、苯乙醛和乙酸苄酯的相对峰面积分别为 32.40%、26.91% 和 23.07%，它们是苯丙烷类物质的主要成分。萜类在 22:00 峰面积最大，脂肪酸衍生物在 04:00 峰面积最大。
花香释放过程中的基因转录分析
转录组测序获得了 92.40 GB 的高质量数据，Q30 百分比为 91.65%，CG 百分比高于 42.43%，表明数据适用于进一步分析。通过对数据的分析，共鉴定出 799 个差异表达基因，其中 280 个（35.04%）上调，519 个（64.96%）下调。不同开花阶段基因表达存在显著差异，与 18:00 的对照相比，02:00 的差异表达基因数量最多。
差异表达基因的富集分析
对差异表达基因进行功能注释和富集分析，发现许多基因与代谢过程、催化活性等相关。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，主要富集的途径包括植物昼夜节律（circadian rhythm - plant）、光合作用 - 天线蛋白（photosynthesis - antenna proteins）、二萜生物合成（diterpenoid biosynthesis）、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成（phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis）、苯丙烷生物合成（phenylpropanoid biosynthesis）、萜类骨架生物合成（terpenoid backbone biosynthesis）和植物激素信号转导（plant hormone signal transduction）等。其中，苯丙烷生物合成途径是调节花香代谢物合成的最重要途径。
差异表达基因分析
- 植物开花途径：光敏色素 A（PHYA）、光敏色素 B（PHYB）和隐花色素（CRY）等直接或间接调节 CONSTANS（CO）的表达，CO 促进开花位点 T（FT）的表达，从而诱导开花。研究发现，从 18:00 到 22:00，COs 的表达水平显著增加，FT2 和 FT3 在 02:00 的表达水平相对 18:00 较高。此外，与植物开花相关的激素如赤霉素（GA）、脱落酸（ABA）、油菜素内酯（BR）和吲哚 - 3 - 乙酸（IAA），其合成和信号转导途径中的关键基因表达趋势与开花时间相关。例如，GA20 氧化酶（GA20ox）和 GA3 氧化酶（GA3ox）在 02:00 表达水平最高，而 GA2ox - 2、GA2ox - 3、GA2ox - 5 和 GA2ox - 6 在夜间表达水平较低。
- 苯丙烷生物合成途径：该途径包含夜香树的 7 种关键花香成分。分析发现，参与苯丙烷生物合成途径的差异表达基因，如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、4 - 香豆酸 - CoA 连接酶（4CL）、苯乙醛合酶（PAAS）等，在夜间 22:00 至次日 02:00 表达水平较高，且与花香释放呈正相关。例如，PAL1 和 PAL4 在 02:00 的活性显著高于 18:00，14 个编码 4CLs 和 BEAT 的基因在 18:00 至 22:00 上调。
qRT - PCR 定量分析
为验证转录组遗传分析结果，研究人员对 9 个具有显著表达差异的代表性基因进行 qRT - PCR。结果显示，这些基因的表达趋势与 RNA - Seq 结果一致，表明转录组测序数据具有较高的可靠性。
研究结论表明，夜香树花香物质主要为苯甲醛、苯乙醛和乙酸苄酯。参与苯丙烷生物合成途径的 PALs、PAAS、PARs 等基因，以及与昼夜交替和植物激素相关的 CO、FT 等基因，与夜香树的开花和花香释放密切相关。这些基因可能是调节夜香树花香释放和开花的重要差异基因。该研究加深了人们对夜香树开花和花香释放机制的理解，为进一步研究其他芳香植物提供了理论支持，也为植物育种和花香调控等实际应用奠定了基础。
