利用基于快速挥发性有机化合物的代谢组型分析技术评估薄荷种质的育种潜力

《Industrial Crops and Products》：Breeding potential of Mentha accessions using rapid volatile organic compound-based metabotyping

　　

Parviz Moradi|Klaus Olbricht|Dominic Eberle|Hafez Mahfoud|Oliver Neye|Detlef Ulrich|Jakob Kreidl|Torbj?rn Tyler|Daniel Maydell|Frank Marthe|Sven Reichardt

朱利叶斯·库恩研究所（Julius Kühn Institute, JKI），园艺作物育种研究机构，地址：Erwin-Baur-Str. 27, Quedlinburg 06484, 德国

摘要

薄荷属（Mentha）因其丰富的芳香特性和药理作用而在制药、食品和个人护理行业备受重视。然而，其复杂的分类体系和遗传多样性给专注于香气和药用价值的育种工作带来了挑战。为应对这些难题，本研究开发并验证了一种快速的半定量代谢谱分析方法，用于高效分析新鲜薄荷叶片中的挥发性有机化合物（VOCs），以便在育种和品种改良过程中进行预先筛选。通过顶空固相微萃取技术结合气相色谱-火焰离子化检测法（HS-SPME-GC-FID），对来自7个物种和12个杂交种的234份薄荷样本进行了分析，鉴定出36种VOCs。其中29种在所有物种中均被检测到，且含量最高，这些化合物被选用于多变量分析（聚类、PCA、相关性分析）。聚类分析将样本分为8个化学型组，主成分分析（PCA）解释了70%的变异，这些变异与薄荷醇、香芹酮和芳樟醇类化合物的含量变化相关。通过对104份样本进行基于流式细胞术的基因组大小分析（2C DNA含量测定），研究了与多倍性相关的变异情况。斯皮尔曼等级相关性分析显示，基因组大小与特定氧化单萜类化合物之间存在显著相关性（尤其是薄荷醇：ρ = 0.561, P < 0.001），表明多倍性导致的基因组大小变化影响了单萜类化合物的生物合成途径，这对培育具有更高精油产量和更浓郁香气的多倍体品种具有重要意义。某些杂交种表现出独特的VOC谱型，例如M. × suavis和M. × smithiana。值得注意的是，这是首次对M. × suavis和M. × villsonervata进行VOC谱分析的研究，扩展了对这些较少被研究的杂交种的了解，并为特殊芳香应用提供了遗传资源。物种水平的PCA分析验证了样本级别的化学型差异反映了物种级别的代谢差异，进一步证实了聚类结果的可靠性。这种基于VOC的快速代谢谱分析方法结合基因组大小鉴定，为育种工作者提供了有效的初步筛选工具，加快了用于工业和医疗应用的优质品种的开发进程。

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