玫瑰花香成分生物合成关键基因的克隆与时空表达分析

玫瑰是优良的园林绿化材料和珍贵的天然香料植物，玫瑰精油被誉为“液体黄金”，经济和保健价值极高。单萜类化合物中的香茅醇、香叶醇、橙花醇及其乙酸酯类衍生物是玫瑰鲜花和精油的主要芳香成分，但它们在玫瑰中代谢调控的分子机制目前尚不清楚。本项目在玫瑰种质资源收集的基础上，采用顶空固相微萃取（SPME）及GC-MS方法分析了23个玫瑰代表性品种（种质）盛开期鲜花中芳香物质的种类及含量，初步建立了记载玫瑰花中重要单萜（香茅醇、香叶醇、橙花醇和芳樟醇）与乙酸酯类（乙酸香茅酯、乙酸香叶酯和乙酸橙花酯）化合物含量的资源数据库。筛选出了‘唐红’、‘西子’、‘妙峰山’、‘荣成野生’和‘白紫枝’5个单萜及乙酸酯类化合物含量较高的玫瑰资源；基于所收集的玫瑰种质资源，利用荧光AFLP分子标记技术对部分代表性玫瑰种质资源的基因组DNA进行了多态性扩增，分析了其遗传多样性、亲缘关系及特异带型，为今后进行高精油含量玫瑰新品种培育时的亲本选择及种质鉴定提供了依据；以玫瑰品种‘唐红’盛开期花瓣中所提取的RNA为模板，采用RACE方法克隆获得了玫瑰单萜和乙酸酯类化合物生物合成相关基因RrDXS、RrDXR、RrLIS、RrAAT的全长序列及RrGES基因的3'端序列，并登陆Genbank；采用实时荧光定量PCR（Q-PCR）技术研究了所克隆基因在‘唐红’玫瑰花不同发育时期（花蕾期、初开期、半开期、盛开期、衰老期）及花器官不同部位（花瓣、雄蕊、雌蕊、花萼、花托、花柄）中的时空表达规律，结合玫瑰不同花发育时期及花器官不同部位中主要单萜及其乙酸酯类化合物含量的变化情况，综合分析了玫瑰主要单萜类花香成分积累与相关基因表达之间的关系，发现RrDXR、RrAAT和RrGES基因的表达量随开花进程呈规律性变化，并与玫瑰花发育过程中主要单萜类化合物含量的变化紧密相关，且3个基因在不同花发育时期及花器官不同部位中的相对表达水平均较高，说明RrDXR、RrGES和RrAAT基因很可能在玫瑰单萜类芳香成分的生物合成中起关键作用，可作为玫瑰花香成分次生代谢调控的重要候选基因。这为今后通过基因工程手段提高玫瑰鲜花和精油中主要芳香成分的含量、提高精油品质和产量奠定了基础。