荔枝单萜类挥发性化合物代谢组学图谱及萜类合成酶基因LcTPS24的功能解析

《Plants》：Integrated Aroma Profiling and Functional Characterization of LcTPS24 Uncover Its Role in Monoterpene Biosynthesis in Litchi Fruit

　　荔枝（Litchi chinensis）是一种具有商业价值的亚热带水果，以其独特的花香-果香而闻名，这种香气在很大程度上决定了消费者偏好和商业品质。萜类化合物是构成荔枝特征香气的主要挥发性化合物。尽管萜类化合物如此重要，但荔枝果实的挥发性物质谱以及决定其香气形成的关键基因仍知之甚少。在此，我们对不同荔枝品种的基于气相色谱-质谱联用（GC-MS）的代谢组学图谱进行了测定，并对一个关键的荔枝萜类合成酶基因LcTPS24进行了功能表征，该基因是根据先前报道的TPS家族表达模式和基因-代谢物关联筛选出的候选基因。对四个具有重要商业价值的品种——妃子笑（FC）、桂味（GW）、金红诺（JGHN）和鲁芬诺（LFN）在三个发育阶段进行GC-MS分析，发现萜类化合物在挥发性有机化合物（VOC）谱中占主导地位，在JGHN品种中，萜类化合物可占总挥发性物质的94%。单萜类是GW（98%）、JGHN（81%）和FC（75%）中的主要组分，但在LFN品种中仅占44%。系统发育分析将LcTPS24归类于被子植物单萜类合成酶的TPS-b亚族。通过原核表达和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）进行的生化检测表明，重组LcTPS24专门利用香叶基焦磷酸（GPP），而非法尼基焦磷酸（FPP），产生十种单萜类产物：α-松油烯、α-蒎烯、(+)-沙宾烯、(-)-β-蒎烯、α-壳柠檬烯、α-萜品烯、2-蒎烯、对-伞花烃、γ-萜品烯和(+)-4-蒎烯。在JGHN果实中，病毒诱导基因沉默导致LcTPS24转录本丰度降低和单萜类积累减少，提供了与果实单萜类生物合成有关联的证据。电子舌测量值单独进行分析，以检验处理相关的果汁传感器响应变化，尽管这些测量值并未直接评估挥发性物质组成或香气感知。本研究验证了LcTPS24在萜类挥发性化合物生物合成中的作用，并为高香气荔枝品种的分子育种提供了遗传资源和机制见解。