【摘要】：紫薇(Crape myrtles)是我國夏季重要的觀花木本植物,但缺少香花品種�；ㄏ闶亲限庇N的一個主要方向。尾葉紫薇(Lagerstroemia caudata)作為紫薇屬的一個重要香花種質(zhì),已知單萜類化合物是其香氣物質(zhì)的一個主要類別。但目前尚未確定尾葉紫薇的特征香氣成分及其時空釋放規(guī)律。此外,由于缺乏相關(guān)的生物數(shù)據(jù),影響尾葉紫薇單萜類化合物形成的關(guān)鍵基因、轉(zhuǎn)錄因子等也均不清楚。使得尾葉紫薇難以得到有效的應(yīng)用。針對上述存在的問題,本研究擬通過表型觀測,HS-SPME-GC-MS技術(shù),外標(biāo)半定量技術(shù)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析的方法,系統(tǒng)研究尾葉紫薇主要香氣物質(zhì)的構(gòu)成特征,釋放規(guī)律與影響其合成的關(guān)鍵基因等。主要研究結(jié)果如下:(1)SPME的萃取參數(shù)直接影響尾葉紫薇花朵香氣物質(zhì)的萃取結(jié)果。本試驗在A4B3C2D4E1條件下,即稱量 0.4 g 樣品,50/30μm DVB/CAR/PDMS-2 cm 萃取頭,50℃條件下,萃取40 min,解析2 min時達(dá)到最佳萃取效果。共在尾葉紫薇單花(6:00 am)中鑒定了 29種香氣物質(zhì),其中有20種在尾葉紫薇中被首次鑒定。主要的香氣物質(zhì)類別為脂肪醇(48.79%)和單萜類(38.22%)化合物。(2)尾葉紫薇香氣物質(zhì)的釋放與其花發(fā)育階段有關(guān)。盛開期中總的香氣物質(zhì)釋放量(140.90 ng/g/min)顯著高于現(xiàn)蕾期(36.54 ng/g/min)和盛開末期(24.92 ng/g/min),是尾葉紫薇花香釋放的最主要階段。單萜類化合物是盛開期區(qū)別于現(xiàn)蕾期和盛開末期的特征香氣組分。橙花醇、香葉醇和芳樟醇是其中釋放量最高的3種香氣物質(zhì),它們大多表現(xiàn)為甜香、花香。以單萜類為主的香氣物質(zhì)的釋放還受晝夜節(jié)律的影響,表現(xiàn)為明顯的白天授粉的日間釋放模式。6:00 am為最佳授粉時間點。(3)尾葉紫薇花朵香氣物質(zhì)的釋放具有一定的空間差異性。雄蕊中總的香氣物質(zhì)釋放量(627.96 ng/g/min)顯著高于花瓣、雌蕊、花萼和花梗(6.02-69.74 ng/g/min),是尾葉紫薇香氣物質(zhì)最主要的來源。雄蕊中的主要香氣物質(zhì)類別為單萜類和脂肪醇,與單花中的香氣物質(zhì)構(gòu)成特征更為一致。尾葉紫薇花朵香氣物質(zhì)的釋放還具有一定的組織特異性,如橙花醇和芳樟醇分別僅在雄蕊和雌蕊中被檢測到。(4)在尾葉紫薇現(xiàn)蕾期、盛開期和盛開末期的花朵中共篩選出16種顯著性差異表達(dá)代謝物,包括7種單萜類、4種脂肪醇、3種脂肪醛和2種苯類化合物。其中,有6種單萜,橙花醇、香葉醇、芳樟醇、香茅醇、檸檬醛和反式檸檬醛的表達(dá)模式與尾葉紫薇的花香表型變化完全一致,其最主要的富集代謝途徑為香葉醇降解途徑。結(jié)合這3個開花階段RNA-seq測序的結(jié)果,篩選出多個參與該通路的關(guān)鍵基因,并提出了一個尾葉紫薇MEP途徑的假設(shè)模型。本研究闡述了尾葉紫薇香氣物質(zhì)的構(gòu)成特征和釋放規(guī)律,并探索了其花香形成與調(diào)控的分子機制。研究結(jié)果拓展了紫薇屬植物香氣物質(zhì)的認(rèn)知,為高效利用紫薇屬香花種質(zhì),定向培育紫薇香花新品種奠定理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

目前己知的萜類化合物代謝合成的共有前體為ＩＰＰ和ＤＭＡＰＰ邋（Ｐｉｃｈｅｒｓｋｙ，邋２００６；逡逑孔瀅等，２０１２）。ＩＰＰ和ＤＭＡＰＰ可以從兩個獨立的代謝通路中合成：即ＭＶＡ途徑和逡逑ＭＥＰ途徑（圖１．１）邋（Ｂｏｈｌｍａｎｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９９８）。其中，ＭＶＡ途徑主要為在胞液、內(nèi)質(zhì)逡逑網(wǎng)和過氧化物酶中合成的倍半蔽（Ｃ１５）、三蔽（Ｃ３Ｑ）等提供Ｃ５單體（Ｌｉｃｈｔｅｎｔｈａｌｅｒ，邋１９９９；逡逑Ｈｓｉｅｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００８；邋Ｓｉｍｋｉｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１１；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１２；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔ邋ａｌ．，，２０１２）。位于質(zhì)逡逑體的ＭＥＰ途徑則主要為單１５邋（Ｃｍ）和二蔽（Ｃ２0）等的合成提供Ｃ５單體（Ｋｎｕｄｓｅｎｅｔ逡逑ａｌ．，２００６；邋Ｈｓｉｅｈ邋ｅｔａｌ．，２００８；邋Ｓｉｍｋｉｎ邋ｅｔａｌ．，２０１１；邋Ｐｕｌｉｄｏ邋ｅｔａｌ．，邋２０１２；孔澄等，２０１２）。ＩＰＰ逡逑和ＤＭＡＰＰ可在多個短鏈丙稀基轉(zhuǎn)移酶（ｓｈｏｒｔ－ｃｈａｉｎ邋ｐｒｅｎｙｌｔｒａ

圖１．２苯類／苯丙素類化合物的代謝合成。ＡＡＡＴ：芳香氨基酸轉(zhuǎn)氨酶；ＢＡ：苯甲酸；ＢＡｃ：乙酸逡逑苯甲脂；ＢＡ－ＣｏＡ：苯甲酰輔酶Ａ；邋ＢＡｌｃ：苯甲醇；ＢＡｌｄ：苯甲醛；ＢＡＬＤＨ：苯甲醛脫氫酶；逡逑ＢＢ：苯甲酸苯甲酯；ＢＥＡＴ：苯甲醇乙�；D(zhuǎn)移酶；Ｂｅｎｚｅｎｏｉｄｓ：苯類化合物；ＢＰＢＴ：苯甲醇／逡逑苯乙醇苯甲�；D(zhuǎn)移酶；ＢＳＭＴ：苯甲酸／水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶；ＣＡ：反式肉桂酸；ＣＡ－ＣｏＡ：逡逑肉桂酰輔酶Ａ；邋ＣＮＬ：肉桂酰輔酶Ａ連接酶；ＥＧＳ：邋丁子香酚合酶；Ｅｕｇ：邋丁子香酚；ＩＥＭＴ：（異）逡逑丁子香酚氧位甲基轉(zhuǎn)移酶；ＩＥｕｇ：異丁子香酚；１ＧＳ：異丁子香酚合酶；ＭＢ：苯甲酸甲酯；ＭｅｔＥｕｇ：逡逑甲基丁子香酚；ＭｅｔｌＥｕｇ：甲基異丁子香酚；ＰＡＡＳ：苯乙醛合成酶；ＰＡＬ：苯丙氨酸解氨酶；ＰＥＢ：逡逑苯乙基苯甲酸酯；ＰｈＡ：苯乙醛；Ｐｈｅ：苯丙氨酸；Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ：苯丙素類化合物；逡逑Ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ－ｒｅ丨ａｔｅｄ：苯丙素相關(guān)類化合物；ＰｈＥｔｈ：苯乙醇；ＰｈＰｙｒ：苯丙酮酸。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｂｅｎｚｅｎｏｉｄｓ／ｐｈｅｎｙｌｐｒｏｐａｎｏｉｄｓ．邋ＡＡＡＴ：邋ａｒｏｍａｔｉｃ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄ逡逑ａｍｉｎｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ；邋ＢＡ：邋ｂｅｎｚｏｉｃ邋ａｃｉｄ；邋ＢＡｃ：邋ｂｅｎｚｏｙｌ邋ａｃｅｔａｔｅ；邋ＢＡ－ＣｏＡ：邋ｂｅｎｚｏｙｌ－ＣｏＡ；邋ＢＡｌｃ：逡逑ｂｅｎｚｙｌａｌｃｏｈｏｌ；邋ＢＡｌｄ：邋ｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ；邋ＢＡＬＤＨ：邋ｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ；邋ＢＢ：邋ｂｅｎｚｙｌｂｅｎｚｏａｔｅ
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S685.99

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本文編號：2611243