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为探究金花茶（Camellia huana）花色变异及香气形成机制，研究人员对不同发育阶段、不同花色花瓣开展转录组与代谢组整合分析。发现 372 种挥发性代谢物（以萜类、杂环化合物、酯类为主）及 40 种类胡萝卜素，筛选出 10 个类胡萝卜素合成相关差异基因（如 crtB、CCD7 等），为其保护与利用提供新视角。
金花茶（Camellia huana）作为我国一级保护植物，因金色花瓣与独特香气兼具极高观赏与药用价值，却因自然分布狭窄被列为濒危物种。其花瓣颜色源于类胡萝卜素等色素的合成积累，而香气则由挥发性化合物赋予。然而，目前关于金花茶花色形成机制及挥发性成分的系统研究较少，尤其是自然变异导致的花瓣外层红色突变现象，尚未明确其分子调控网络。为填补这一研究空白，贵州省林业科学研究院的研究团队开展了不同发育阶段、不同花色（金色与红色突变）金花茶花瓣的转录组与代谢组整合分析，相关成果发表于《BMC Plant Biology》，为揭示其花色与香气形成的分子机制提供了关键数据。
研究人员选取金色花瓣的花蕾期（GS1）、盛花期（GS2）及红色突变花瓣的花蕾期（RS1）、盛花期（RS2）共 4 组样本，每组 3 个生物学重复。主要采用以下技术方法：①利用 LC-MS/MS 靶向检测类胡萝卜素含量，通过液氮研磨、有机溶剂提取及色谱 - 质谱联用技术，分离鉴定花瓣中的类胡萝卜素成分；②通过 GC-MS/MS 分析挥发性代谢物，运用顶空固相微萃取（HS-SPME）结合气相色谱 - 质谱，对花瓣中的挥发性有机物（VOCs）进行定性与定量；③采用 Illumina 高通量测序平台进行转录组测序，构建 4 个样本的 cDNA 文库，筛选差异表达基因（DEGs），并结合 KEGG 通路分析基因功能。
代谢组分析揭示挥发性成分的动态变化
通过 GC-MS 检测，共鉴定出 372 种挥发性代谢物，主要包括 72 种萜类、67 种杂环化合物、50 种酯类等，其中萜类、杂环化合物和酯类为主要香气成分。主成分分析（PCA）显示，不同发育阶段与花色的样本代谢谱存在显著分离，表明 VOCs 含量随发育阶段和花色变异发生动态变化。差异代谢物分析发现，GS2 vs. GS1 组有 15 种差异代谢物（13 种上调，如 (E)-β- 法尼烯），RS2 vs. RS1 组有 16 种差异代谢物（15 种上调，如 (E)-β- 法尼烯）。KEGG 富集显示，萜类和三萜类生物合成通路（ko00909）为主要富集路径，提示萜类代谢在金花茶香气形成中起关键作用。
类胡萝卜素代谢分析鉴定关键成分与通路
LC-MS/MS 分析筛选出 40 种类胡萝卜素差异代谢物，包括 α- 胡萝卜素、β- 胡萝卜素、叶黄素等。不同比较组中，GS2 vs. GS1 组有 27 种差异代谢物，RS2 vs. RS1 组有 35 种差异代谢物，主要富集于类胡萝卜素生物合成通路（ko00906）。其中，α- 胡萝卜素和 ε- 胡萝卜素在四组中均有差异表达，表明其可能是花色变异的关键色素成分。此外，红色突变花瓣（RS1、RS2）中部分类胡萝卜素含量显著高于金色花瓣，暗示类胡萝卜素的积累差异可能是花色变红的重要原因。
转录组分析筛选关键差异表达基因
转录组测序共获得 12,089 个 DEGs，其中 GS2 vs. GS1 组有 9,622 个 DEGs，RS2 vs. RS1 组有 8,146 个 DEGs。GO 和 KEGG 分析显示，DEGs 主要富集于 “代谢通路”“类胡萝卜素生物合成”“萜类和三萜类生物合成” 等通路。筛选出 10 个与类胡萝卜素合成密切相关的差异基因，包括 15 - 顺 - 八氢番茄红素合成酶（crtB）、β- 胡萝卜素 3 - 羟化酶（crtZ）、9 - 顺 -β- 胡萝卜素 9',10'- 裂解双加氧酶（CCD7）等，这些基因的表达水平与类胡萝卜素代谢物的积累模式呈现显著相关性。例如，crtB 和 crtZ 在盛花期（GS2、RS2）表达上调，与 β- 胡萝卜素的积累趋势一致。
转录组 - 代谢组关联分析构建调控网络
Pearson 相关分析表明，类胡萝卜素代谢物（如 β- 胡萝卜素）与多个 DEGs（如 TEA013909、TEA031348）呈正相关，而与 TEA01771 等基因呈负相关。KEGG 通路共富集分析显示，类胡萝卜素生物合成通路（ko00906）中，12 种差异代谢物与 43 个 DEGs 共同参与调控，揭示了基因 - 代谢物之间的协同作用。例如，crtB 基因通过催化八氢番茄红素的合成，驱动类胡萝卜素前体的生成；CCD7 基因则通过裂解 β- 胡萝卜素，影响下游挥发性成分的形成。
研究结论与意义
本研究通过多组学整合分析，系统揭示了金花茶花瓣中挥发性成分的组成及类胡萝卜素生物合成的分子机制。首次发现萜类、杂环化合物和酯类是其主要香气成分，且类胡萝卜素的积累差异由 crtB、crtZ、CCD7 等关键基因调控。研究结果不仅丰富了金花茶的转录组数据，还为解析其花色变异与香气形成的分子基础提供了新视角，为该濒危物种的遗传保护、品种改良及药用资源开发奠定了理论基础。未来可进一步通过基因功能验证，深入挖掘关键基因在花色与香气调控中的具体作用，推动金花茶的保护与可持续利用。
