花香不但在被子植物吸引傳粉者中發(fā)揮重要的作用，而且是觀賞植物的重要園藝性狀。作為世界主要的觀賞花卉，蘭科(Orchidaceae)植物在花香類型和強度上展現出極高的多樣性。“蘭為王者香”，培育具有香味的品種一直是蘭花育種者追求的目標。然而，許多蘭花原生種具有濃郁的花香，但其雜交后代的花往往喪失了香味。目前，關于蘭花花香的遺傳和調控機制仍缺乏清晰認識。

西藏虎頭蘭(Cymbidium tracyanum)為附生型的蘭屬植物，以花大、花量多、花姿優(yōu)美和香氣濃郁而著稱，是商業(yè)品種大花蕙蘭(Cymbidium hybrida)的重要育種親本。同時，其豐富的花量和濃郁的香味為研究花香的生物合成與調控機制提供了良好的材料。

最近，中國科學院昆明植物研究所張石寶專題組與楊俊波團隊、朱安丹專題組以及昆明動物所的科研人員合作，系統(tǒng)解析了西藏虎頭蘭花香的生物合成與調控機制。首先，研究團隊構建了西藏虎頭蘭染色體水平的基因組，然后進行了比較基因組學分析，發(fā)現其與萜類物質合成代謝相關的基因發(fā)生了顯著擴張。結合代謝組學和揮發(fā)物質測定等手段，研究揭示了西藏虎頭蘭花朵不同發(fā)育時期及不同花部位的揮發(fā)物質，尤其是萜類物質的動態(tài)變化模式?；谵D錄組數據和萜類物質的動態(tài)變化，篩選到4個參與花香物質合成的關鍵萜烯合酶基因(CtTPS1、CtTPS2、CtTPS3和CtTPS8)，并通過系統(tǒng)發(fā)育分析、亞細胞定位和體外酶活催化實驗驗證了其催化功能。同時，挖掘到參與酶基因表達調控的轉錄因子，并利用雙熒光素酶報告基因實驗、酵母單雜交實驗、電泳遷移率實驗等方法驗證了這些轉錄因子的調控作用，發(fā)現CtAP2/ERF1可激活CtTPS1和CtTPS8的表達，CtbZIP1激活CtTPS8的表達，CtMYB2能同時激活CtTPS3和CtTPS8的表達，CtAP2/ERF4可激活CtTPS2和CtTPS8的表達，而CtMYB3則可同時激活CtTPS2、CtTPS3和CtTPS8的表達，系統(tǒng)地揭示了西藏虎頭蘭花香物質的合成與調控機制。據了解，這是目前解析蘭花花香生物合成機制的一項最系統(tǒng)的研究工作。研究成果可為芳香蘭花品種的選育奠定重要基礎，同時對理解蘭科植物的適應性進化具有重要意義。

圖1 多組學聯合分析揭示西藏虎頭蘭花香形成與調控的相關通路

圖2 關鍵萜烯合酶催化活性及轉錄因子的調控驗證

研究成果以Integrative omics reveals mechanisms of biosynthesis and regulation of floral scent in Cymbidium tracyanum為題，發(fā)表在國際植物學期刊Plant Biotechnology Journal。昆明植物所博士研究生涂夢玲、昆明動物所博士研究生劉寧雅文、昆明植物研究所賀正山博士為論文的共同第一作者，朱安丹研究員、楊俊波正高級工程師和張石寶研究員為共同通訊作者。董秀梅助理研究員和博士研究生高天陽參與了研究工作。該項目得到國家重點研發(fā)計劃(2024YFF1306703)、國家自然科學基金項目(32170393)、中國科學院B類先導專項(XDB31000000)、云南省重點研發(fā)計劃(202403AC100032)等項目的支持。