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香气作为观赏植物重要的优良特性受到研究者的广泛关注。近年来,对于百里香(Thymus mongolicus)挥发性香气成分的定性和定量研究已有一定积累,但在相关的香气基因调控方面的研究还处于起步阶段。从代谢角度和转录水平为百里香组织特异性候选基因和不同花期花香特异性候选基因的筛选和挖掘、揭示百里香香气挥发性物质成分的释放部位和香气成分以及关键基因的表达,提供具有参考意义的分子生物信息,对百里香的良种培育和园林应用具有较为重要的研究价值。本研究采用顶空固相微萃取气质联用技术(HS-SPME-GC-MS)对百里香花、叶和茎等三个不同组织及花蕾期、盛花期和衰败期3个不同花发育时期花瓣挥发性香气物质的成分分析及含量测定。通过转录组测序和生物信息学分析手段构建了百里香不同组织和不同花期的表达谱数据库,结合功能注释及通路富集分析筛选与百里香香气关联的差异表达基因,进一步探究花、叶和茎这三个组织中以及花蕾期、盛开期和衰败期三个发育时期花中的差异基因的表达特征及特性。本试验主要研究结果如下:(1)百里香不同组织挥发性物质谱分析结果表明,从百里香处于盛花期的花、叶和茎中共计检测出79种挥发性物质,主要包括萜烯类物质43种、醇类物质14种、酮类物质7种、酯类物质5种、醛类物质2种、烷烃类物质8种。花、叶和茎中分别检测出51、57和49种挥发性物质。叶中挥发性物质含量最高,花中次之,茎中最少,依次为2463.40±41.15μg·g-1、1784.10±25.45μg·g-1和816.06±16.46μg·g-1。三个组织中共有的挥发性物质有27种;差异性物质在花、叶和茎中的数量分别有11、12和5种。花、叶、茎中挥发性物质在含量和种类上均具有组织特异性,其中花和茎主要挥发性物质为萜烯类;叶中主要物质以醇类为主,萜烯类次之。(2)百里香不同花期挥发性物质谱分析结果表明,从花蕾期、盛开期和衰败期三个发育时期的百里香花中共计检测出76种挥发性物质,主要包括烯萜类物质42种、醇类物质14种、酮类物质9种、酯类物质3种、烷烃类物质8种。花蕾期,开花期、衰败期中分别检测出49、51和57种挥发性物质。三个花期共有挥发性物质有30种,差异性挥发性物质在花蕾期、盛花期和衰老期的数量分别为9、7和9种。不同时期百里香的花香挥发性物质成分的总含量存在明显差异,表现出随花期的变化呈先升高后降低的趋势,花蕾期、盛花期和衰败期含量依次为846.95±10.93μg·g-1、1783.77±25.64μg·g-1、740.68±9.47μg·g-1。(3)利用高通量测序平台Novaseq构建了百里香花(FS)、叶(L)、茎(S)三个组织的转录组文库。测序共获得了659596392个clean Reads,经Trinity软件将所有短序列拼接组装后,得到88763条Unigene,与GO、KEGG、Pfam、Swiss-Prot、egg NOG和NCBI NR等数据库进行比对得到100%的功能注释率。对差异表达基因分析发现,花与叶对比分析得到14163个差异表达基因。其中上调基因8260个,下调基因5903个;花与茎对比分析得到17038个差异基因,有9756个上调基因和7282个下调基因;叶与茎对比分析得到4388个差异表达基因,有2436个上调基因和1952个下调基因。对差异表达基因进行功能注释。在百里香组织中GO数据库包括分子功能、细胞组分和生物过程等三种功能,其中注释得到的51308个Unigene获得7116条GO功能注释。KEGG数据库进行富集分析,共有12587条Unigene注释到139条KEGG通路中。与香气调控相关性较大的通路是萜类骨架生物合成(Terpenoid backbone biosynthesis)、单萜生物合成(Monoterpenoid biosynthesis)、倍半萜类和三萜类生物合成(Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis)等。进一步筛选与香气成分中的萜烯类化合物合成途径相关的差异基因,对筛选出的TPS2、TPS1、GDS、AFS1、LIS、KSL2、CPS2、ALDH、HMGR、DXR、CHLP、ISPG、GGPPS1、HMGS、HMGR2、HMGR1、At5g58770、FPS1等基因进行组织差异性表达分析,根据基因表达结果推测百里香组织挥发性香气物质的合成与释放可能与香气合成调控基因在不同组织中的表达量有关。(4)利用高通量测序平台Novaseq构建了花蕾期(BP)、盛开期(FP)、衰败期(SP)三个时期的转录组文库。花蕾期和盛开期的差异比较分析得到11761个差异表达基因,其中上调基因5676个,下调基因6085个;花蕾期与衰败期分析比较得到15546个基因,包括8004个上调基因和7542个下调基因;盛花期与衰败期对比分析得到952个基因,其中有582个上调基因和424个下调基因。在百里香不同花期的转录组测序结果中,筛选出与花香有关的特征基因,通过差异表达分析发现TPS1、CPS2、TPS4、CDS、AFS1、CHLP、DXR和PMK基因在整个花发育过程中的表达量呈现先升高后降低的趋势,各香气基因在不同开花时期中的表达具有显著差异。