張宇航 谷夢雅 洪雅萍 林宏政 金珊 葉乃興

摘要： ?為深入探究茉莉花PAL基因家族的功能及在香氣成分形成中的作用，本研究以福州單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花和重瓣茉莉花基因組數據為基礎，利用生物信息學方法及實時熒光定量PCR技術，對JsPAL基因家族進行多基因組分析。結果表明，在單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花和重瓣茉莉花全基因組中分別鑒定出4個、1個和4個PAL家族基因，JsPAL家族成員均具有丙氨酸-絲氨酸-甘氨酸（Ala-Ser-Gly）組成的三肽活性中心。共線性分析發(fā)現單瓣茉莉花、重瓣茉莉花和擬南芥的PAL基因間的共線性關系與雙瓣茉莉花相比更強；系統(tǒng)發(fā)育樹分析結果顯示，JsPAL基因家族分布在2個亞家族中。JsPAL基因啟動子區(qū)域存在大量與脅迫響應、激素響應、光響應和植物生長相關的順式調控元件。熒光定量分析結果表明，JsPAL在茉莉花組織中存在特異性表達，多數JsPAL在花中的相對表達量高于其他組織；大多數JsPAL基因在福州單瓣茉莉花中的相對表達量高于雙瓣茉莉花；福州單瓣茉莉花中 ?SP_JsPAL2 ?、 ?SP_JsPAL4 ?、 ?MP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL3 ?在其花朵預開放期（F3）的相對表達量顯著高于其他時期，雙瓣茉莉花中 ?DP_JsPAL1 ?在F3階段的相對表達量也較高； ?SP_JsPAL1 ?和 ?SP_JsPAL2 ?與2-苯乙醇和苯乙醛含量呈顯著正相關，其中 ?SP_JsPAL1 ?還與苯甲醛含量呈顯著正相關。說明，JsPAL可能在茉莉花的發(fā)育中起重要作用， ?SP_JsPAL2 ?、 ?SP_JsPAL4 ?、 ?MP_JsPAL1 ?、 ?MP_JsPAL3 ?和 ?DP_JsPAL1 ?可能對福州單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花的香氣成分形成具有重要的調控作用， ?SP_JsPAL1 ?可能對福州單瓣茉莉鮮靈香氣的形成具有重要作用。

關鍵詞： ?茉莉花； 苯丙氨酸解氨酶（PAL）； 表達分析； 多基因組

中圖分類號： ?S685.16 ???文獻標識碼： A ???文章編號： ?1000-4440（2024）03-0403-12

Multi-genomic identification and expressional analysis of PAL gene family in Jasminum sambac

ZHANG Yu-hang， GU Meng-ya， HONG Ya-ping， LIN Hong-zheng， JIN Shan， YE Nai-xing

（College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University/Key Laboratory of Tea Science at Universities in Fujian Province， Fuzhou 350002， China）

Abstract： ?To deeply investigate the function of the PAL gene family in Jasminum sambac and its role in the formation of aroma components， multi-genomic analysis of JsPAL gene family was conducted by bioinformatics methods and quantitative real-time PCR technology based on the genomic data of single-petal J. sambac， double petal J. sambac and multi-petal J. sambac from Fuzhou. The results showed that four， one and four PAL family genes were identified from the whole genome of single-petal J. sambac， double petal J. sambac and multi-petal J. sambac， respectively. All members of the JsPAL family had a tripeptide active center composed of alanine-serine-glycine （Ala-Ser-Gly）. Collinearity analysis revealed that the collinear relation of PAL gene between single-petal J. sambac， multi-petal J. sambac and Arabidopsis thaliana was stronger compared with that of double-petal J. sambac. Analysis of phylogenetic tree showed that the JsPAL gene family was distributed in two subfamilies. There were many cis-regulatory elements that were related to stress response， hormone response， light response and plant growth in the promoter region of JsPAL genes. The results of fluorescence quantification analysis showed that JsPAL was specifically expressed in J. sambac tissues， and the relative expression of the majority JsPALs in flowers were higher than in other tissues. The relative expression of the majority JsPAL genes in Fuzhou single-petal J. sambac was higher than in double-petal J. sambac. The relative expressions of ??SP_JsPAL2， SP_JsPAL4， MP_JsPAL1 ??and ??MP_JsPAL3 ??in the pre-opening stage （F3） of Fuzhou single-petal J. sambac were higher than in other stages， the relative expression of ??DP_JsPAL1 ??in the F3 stage of Fuzhou double-petal Jasminum sambac was also high. ??SP_JsPAL1 ??and ??SP_JsPAL2 ??were positively correlated with 2-phenylethanol and phenylacetaldehyde contents， and ??SP_JsPAL1 ??was also positively correlated with benzaldehyde content. The results indicated that JsPALs may play an important role in flower development of J. sambac， and ??SP_JsPAL2， SP_JsPAL4， MP_JsPAL1， MP_JsPAL3 ??and ??DP_JsPAL1 ??may have important regulatory roles in the formation of aroma components in Fuzhou single-petal J. sambac and double-petal J. sambac. Moreover， ??SP_JsPAL1 ??may play an important role in the formation of fresh spirit aroma of Fuzhou single-petal J. sambac.

Key words： ?Jasminum sambac； phenylalanine ammonia-lyase （PAL）； expressional analysis； multi-genomic

茉莉花[Jasminum sambac（L.）Ait]為木樨科（Oleaceae）素馨屬（Jasminum Linn）常綠灌木，是一種典型的氣質花，其香氣隨著花朵的盛開而逐漸釋放[1]。茉莉花品種可以根據其花型結構劃分為單瓣（Single-petal type of J. sanmbac）、雙瓣（Double-petal type of J. sanmbac）和重瓣（Multi-petal type of J.sanmbac）3種類型[2]。香氣是評定茉莉花品質優(yōu)劣的重要指標之一，苯丙烷類化合物是茉莉花香氣的重要組成成分，其主要包括：乙酸芐酯、苯甲酸芐酯、苯甲酸甲酯、苯甲醇及水楊酸甲酯等[3]。

苯丙氨酸解氨酶（PAL）在植物、真菌、酵母和藻類中廣泛存在。它是連接生物初級代謝和苯丙烷類代謝、催化苯丙烷類代謝第一步反應的酶，是苯丙烷代謝的關鍵酶和限速酶[4]。PAL在植物中對香氣形成具有重要的調控作用，郭瑩等[5]鑒定矮牽?；ǘ渲械膿]發(fā)性物質及PAL基因的表達量，發(fā)現PAL參與調控矮牽?；ㄏ阄镔|的合成。王莎[6]在對美花石斛香氣成分進行研究時發(fā)現PAL基因與美花石斛香氣的產生密切相關。截至目前，PAL基因已經在多個物種中被發(fā)現和鑒定，例如擬南芥[7]、水稻[8]、小麥[9]、玉米[10]、葡萄[11]等，這些研究結果表明PAL基因對植物的抗逆、抗病蟲害、木質化等過程均具有重要意義。此外，PAL基因在云錦杜鵑[12]、一品紅[13]等植物組織中存在特異性表達，在茉莉花中也不例外，課題組前期通過基因克隆得到JsPAL[14]和 ?JsPAL2 ?[15]基因，分析發(fā)現JsPAL在茉莉花花瓣和花蕾中的表達量顯著高于根、莖、葉中的表達量，并推測在茉莉花開放過程中茉莉花香強度與JsPAL的表達量可能具有關聯性。

JsPAL在茉莉花苯丙烷類代謝中的作用尚不清楚，且茉莉花中的JsPAL基因數量仍不明確。福州單瓣茉莉的香氣鮮靈悠長，雙瓣茉莉的香氣濃烈，重瓣茉莉的香氣較弱[16]。課題組前期利用廣泛靶向代謝組學技術對福州單瓣茉莉和雙瓣茉莉的非揮發(fā)性代謝物進行了研究，發(fā)現福州單瓣茉莉和雙瓣茉莉花器官之間具有348種差異代謝物，且這些差異代謝物多富集于類黃酮生物合成通路上[17]。陳梅春等[18]研究發(fā)現福州單瓣茉莉香氣成分中苯甲醇含量高于雙瓣茉莉，而乙酸芐酯含量低于雙瓣茉莉。苯甲醇對茉莉花的清香香氣具有一定作用，乙酸芐酯能夠影響茉莉花香氣的馥郁程度[18]，而PAL作為苯甲醇和乙酸芐酯在苯丙烷代謝途徑中的上游基因，可能參與調控二者的生物合成。本研究基于課題組前期得到的單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花[19]以及重瓣茉莉花基因組數據[20]鑒定出JsPAL基因家族，并利用生物信息學方法對JsPAL基因家族進行多基因組學分析。通過實時熒光定量技術，檢測JsPAL基因在福州單瓣茉莉花和雙瓣茉莉花不同開花時期及在雙瓣茉莉花不同組織中的表達模式，并對JsPAL在福州單瓣茉莉花和雙瓣茉莉花不同開花時期的相對表達量進行比較，為完善JsPAL基因家族的研究及其對不同瓣型茉莉花香氣的影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與處理

以自然生長狀態(tài)下的福州單瓣茉莉花（SP）和雙瓣茉莉花（DP）作為試驗材料，于2022年7-8月取自福建農林大學茉莉花種質資源圃。將茉莉從花蕾期到花完全開放的過程分為4個階段：（1）花蕾期（F1）；（2）花苞期（F2）；（3）預開放期（似虎爪狀）（F3）；（4）開放期（F4）。此外，取雙瓣茉莉花的根、莖、嫩葉、成熟葉和花等不同組織，作為茉莉花PAL基因家族組織表達分析的材料。以上材料設置3次重復，用錫箔紙包裹并使用液氮速凍后，放置于-80 ℃超低溫冰箱中保存，用于后續(xù)RNA的提取。

1.2 茉莉花PAL基因家族成員的鑒定

本研究基于課題組前期獲得的單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花及重瓣茉莉花全基因組數據[19-20]，對茉莉花中PAL基因進行鑒定。從Pfam網站（http：//pfam.xfam.org/）下載PAL結構序列PF00221的隱馬爾科夫模型，使用HMMER 3.0（http：//hmmer.janelia.org）軟件建立HMM模型進行同源序列的鑒定。使用 CDD（https：//www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd/）和 SMART（http：//smart.embl-heidelberg.de/）確認候選序列具有完整的PAL特征結構域（編號：PLN02457）。利用ExPASy 網站的ProtParam工具（https：//web.expasy.org/protparam）對JsPAL蛋白質的理化性質進行分析。利用Plant-mPloc（http：//www.csbio.sjtu.edu.cn/bioinf/plant-multi/）網站進行亞細胞定位預測。

1.3 茉莉花PAL基因家族染色體定位及共線性分析

使用TBtools軟件繪制JsPAL家族成員在染色體上的定位分布圖，并按照其在染色體上的位置，按序命名。使用Ensembal plants（https：//ensembl.gramene.org/ Index.html）數據庫下載擬南芥的基因序列及其注釋文件，利用單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花和重瓣茉莉花基因組及其注釋文件在TBtools軟件上獲取基因密度、基因位置和共線性相關信息，最后使用TBtools的Advanced Circos功能分析單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花、重瓣茉莉花和擬南芥PAL基因家族的共線性。

1.4 茉莉花PAL基因家族系統(tǒng)發(fā)育樹的構建

下載擬南芥[7]、水稻[8]、玉米[10]、山茶花[21]、葡萄[11]的PAL家族成員的蛋白質序列，利用MEGA7.0軟件對JsPAL家族成員進行系統(tǒng)發(fā)育樹分析，采用鄰接法（NJ）構建系統(tǒng)發(fā)育樹，Boostrap設置為1 000，得到newick文件后再使用Evolview網站進行美化。

1.5 茉莉花PAL基因結構、蛋白質保守基序與保守結構域的比較分析

在MEME（https：//meme-suite.org/meme/tools/meme）網站上分析JsPAL家族成員的保守基序。在GSDS（http：//gsds.cbi.pku.edu.cn/）網站分析JsPAL內含子和外顯子的組成。利用DNAMAN軟件對JsPAL基因家族成員進行多序列比對，最后使用WebLogo（http：//weblogo.berkeley.edu/logo.cgi）網站進行保守結構域的可視化。

1.6 茉莉花PAL基因啟動子順式作用元件分析

利用TBtools軟件提取JsPAL起始密碼子上游2 000 bp的基因序列，而后在PlantCARE（http：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/）網站進行順式作用元件預測分析，并使用TBtools制作熱圖。

1.7 實時熒光定量PCR分析

分別提取不同時期采摘的茉莉花瓣及茉莉花不同組織的RNA。引物（表1）設計、熒光定量試驗及數據分析具體方法參考洪雅萍等[1]的研究。將得到的數據用 2-△△Ct 算法進行分析，使用SPSS 24.0軟件進行差異顯著性分析（α=0.05），然后用TBtools和Prism8軟件作圖?；诒菊n題組前期研究結果，得到福州單瓣茉莉和雙瓣茉莉不同階段的香氣成分含量[22]，將福州單瓣茉莉和雙瓣茉莉不同階段的香氣成分含量與其不同開放階段的PAL基因相對表達量進行關聯分析。

2 結果與分析

2.1 茉莉花PAL基因家族的全基因組鑒定

經過隱馬爾科夫模型的搜索和NCBI網站的比對，刪除結構域不完整的序列后，在單瓣茉莉花、雙瓣和重瓣茉莉花全基因組中分別鑒定出4個、1個和4個PAL家族基因。對JsPAL基因進行染色體定位分析，結果（圖1）表明，單瓣茉莉花PAL基因在SP_Chr04和SP_Chr12染色體上；雙瓣茉莉花PAL基因在DP_Chr04染色體上；重瓣茉莉花PAL基因在MP_Chr09和MP_Chr13染色體上，呈現出串聯重復的形式。在SP_Chr04、MP_Chr09染色體上各有3個基因，其余染色體上均只有1個基因。根據JsPAL基因在染色體上的位置分布，按順序將其分別命名為 ?SP_JsPAL1 ?～ ?SP_JsPAL4 ?（單瓣）; ?DP_JsPAL1 ?（雙瓣）; ?MPJsPAL1～MP_JsPAL4 ?（重瓣）（表1）。JsPAL基因家族的氨基酸長度為679～712 aa，相對分子質量為73 890～77 750，理論等電點為5.73～6.41（表2）。所有JsPAL蛋白的理論等電點均小于7.00，表明JsPAL為酸性蛋白質。所有JsPAL的親水性平均系數（GRAVY）平均值均小于0，具有親水性。亞細胞定位研究發(fā)現所有JsPAL均定位于細胞質。

2.2 茉莉花PAL基因家族系統(tǒng)發(fā)育分析

為了研究植物中PAL基因家族的系統(tǒng)發(fā)育關系，使用來自擬南芥、水稻、玉米、山茶花、葡萄的PAL家族蛋白質構建了系統(tǒng)發(fā)育樹（圖2）。根據系統(tǒng)發(fā)育樹可以將JsPAL分為5個亞家族（PAL-a～PAL-e），PAL-c和PAL-d包含了所有的JsPAL蛋白家族成員。除了SP_JsPAL4、MP_JsPAL4在PAL-c中，其余JsPAL蛋白均在PAL-d中。茉莉花PAL蛋白主要集中在PAL-c和PAL-d，PAL-a和PAL-b類群由水稻和玉米PAL蛋白成員組成，PAL-c和PAL-d類群由山茶花、茉莉花、葡萄和擬南芥PAL蛋白成員組成，PAL-e類群全部由葡萄PAL蛋白成員組成。以上結果表明，茉莉花與山茶花、擬南芥這些雙子葉被子植物PAL基因親緣關系較近，而與水稻、玉米等單子葉植物PAL基因親緣關系較遠。

2.3 茉莉花PAL基因家族共線性分析

基于單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花、重瓣茉莉花和擬南芥PAL基因的共線性分析結果（圖3），在茉莉花種內共線性關系中發(fā)現了4對片段復制基因，分別為 ?SP_JsPAL1 ?和 ?DP_JsPAL1、SP_JsPAL2和MP_JsPAL2、SP_JsPAL3和MP_JsPAL1、SP_JsPAL4和MP_JsPAL4 ?，表明JsPAL家族某些成員之間具有相似的基因功能。在茉莉花和擬南芥2個物種的PAL基因家族中發(fā)現了6對JsPAL/AtPAL處于共線性區(qū)域，分別是 ?MP_JsPAL1/AtPAL1、MP_JsPAL1/AtPAL2、MP_JsPAL4/AtPAL3、SP_JsPAL4/AtPAL3 、SP_JsPAL3/AtPAL1、SP_JsPAL3/AtPAL2 ?，重瓣茉莉花與擬南芥有3對同源基因，單瓣茉莉花與擬南芥有3對同源基因，雙瓣茉莉花與擬南芥間不存在同源基因對。以上結果說明，SP_JsPAL和MP_JsPAL之間具有較緊密的共線性關系，其與 ?DP_JsPAL1 ?之間無共線性關系；單瓣茉莉花、重瓣茉莉花和擬南芥的PAL基因家族具有相對更近的同源進化關系，且這些同源基因對成員之間可能具有相似的功能。

2.4 茉莉花PAL保守基序（Motif）和基因結構的比較分析

蛋白質保守基序分析結果（圖4B）顯示，所有JsPAL家族成員均含有Motif 1～Motif 18，表明JsPAL蛋白結構相似度極高。在Motif16中含有PAL基因的活性序列ASG，且所有JsPAL成員中均含有Motif 16，推測其在維持PAL蛋白結構功能方面具有重要意義。JsPAL基因的結構（圖4C）顯示，所有JsPAL家族成員均含有外顯子和內含子，除 ?MP_JsPAL2 ?具有3個外顯子外，多數JsPAL基因具有2個外顯子。Motif分析和基因結構分析結果表明，JsPAL基因家族具有高度相似的保守基序，且在同一亞家族中的JsPAL具有相似的基因結構。

2.5 茉莉花PAL家族序列比對及保守結構域分析

利用DNAMAN進行JsPAL基因家族多重蛋白質序列比對（圖5），JsPAL基因編碼的氨基酸序列中均含有圖中橫線上PAL的活性位點GTITASGDLV（L）PLSYIAG，該位點包含圖5中矩形框圈出的PAL家族普遍存在的由丙氨酸-絲氨酸-甘氨酸（Ala-Ser-Gly）組成的三肽活性中心。通過序列比對，發(fā)現JsPAL在活性位點上高度保守，所有JsPAL家族成員均具有Ala-Ser-Gly組成的三肽活性中心。

2.6 茉莉花PAL基因啟動子順式作用元件分析

順式作用元件在植物生長發(fā)育中對調控基因轉錄有重要作用，啟動子順式作用元件分析結果（圖6）表明，JsPAL基因上游2 000 bp啟動子區(qū)域有大量順式調控元件。在JsPAL啟動子區(qū)域鑒定出4種脅迫響應元件，8種激素響應元件，19種光響應元件，4種植物生長相關元件。其中參與脅迫響應的元件有干旱誘導型啟動子（MBS）、厭氧誘導型啟動子（ARE）、低溫誘導表達型啟動子（LTR）、防衛(wèi)和脅迫誘導型啟動子（TC-rich repeats）等，參與激素響應的元件有茉莉酸甲酯響應順式調控元件（TGACG-motif與CGTCA-motif）、參與脫落酸應答啟動子（ABRE）、赤霉素響應元件（TCA-element、P-box）、生長素響應元件（TGA-element、AuxRR-core），參與植物生長調節(jié)的元件有分生組織表達調控元件（CAT-box）、玉米醇溶蛋白代謝調控元件（O2-site）、晝夜節(jié)律調控元件（Circadian）和胚乳表達調控元件（GCN4-motif），此外還有大量光響應順式作用調控元件（G-box、BOX4等）。以上結果表明，JsPAL基因家族與茉莉花的生長發(fā)育、激素響應和脅迫響應密切相關。此外，在上游2 000 bp啟動子區(qū)域中， ?DP_JsPAL1 ?啟動子元件數量較少，SP_JsPAL和MP_JsPAL啟動子元件數量較多。

2.7 茉莉花PAL基因家族組織特異性表達分析

使用實時熒光定量PCR技術鑒定JsPAL基因家族成員在茉莉花不同器官中的表達情況，以莖的相對表達量作為對照，結果（圖7）顯示， ?SP_JsPAL2、SP_JsPAL3、SP_JsPAL4、DP_JsPAL1、MP_JsPAL3 ?和 ?MP_JsPAL4 ?在茉莉的花中高表達，而在莖、根、成熟葉和嫩葉中的相對表達量普遍較低，說明這些基因可能在花的發(fā)育中起關鍵作用。此外， ?SP_JsPAL1 ?在根中的相對表達量高于其他組織， ?MP_JsPAL2 ?在成熟葉中的相對表達量高于其他組織。SP_JsPAL和 ?DP_JsPAL1 ?在花中的相對表達量總體上高于MP_JsPAL。以上分析結果表明，多數JsPAL在茉莉花花的生長發(fā)育中具有重要作用，且JsPAL具有較強的組織表達特異性。

2.8 茉莉花PAL基因家族在福州單瓣茉莉花和雙瓣茉莉花不同開花階段的表達模式分析

為探究JsPAL基因在不同瓣型茉莉花中表達模式的差異，對JsPAL基因家族在不同開花時期的福州單瓣和雙瓣茉莉花中的相對表達量進行分析。結果（圖8）顯示，除福州單瓣茉莉花 ?SP_JsPAL3和MP_JsPAL2 ?在不同開花時期的相對表達量無顯著差異外，多數福州單瓣茉莉花與所有雙瓣茉莉花在不同開花時期的JsPAL相對表達量均有顯著差異；部分JsPAL在福州單瓣茉莉花F3階段的相對表達量顯著高于其他階段，如 ?SP_JsPAL2、SP_JsPAL4、MP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL3 ?；雙瓣茉莉花 ?DP_JsPAL1 ?在F3階段的相對表達量最高；福州單瓣茉莉花中，相對表達量最高的是 ?SP_JsPAL2 ?的F3階段，約為其F1階段相對表達量的8.8倍，且SP_JsPAL的相對表達量總體上高于MP_JsPAL和 ?DP_JsPAL1 ?；雙瓣茉莉花中，相對表達量最高的是 ?DP_JsPAL1 ?的F3階段，約為其F1階段相對表達量的1.5倍。多數JsPAL基因在福州單瓣茉莉花中整體相對表達量高于雙瓣茉莉花。將福州單瓣和雙瓣茉莉不同階段的香氣成分含量與其不同開放階段的PAL基因相對表達量進行關聯分析（圖9），結果顯示， ?SP_JsPAL1 ?和 ?SP_JsPAL2 ?與2-苯乙醇和苯乙醛含量呈顯著正相關，其中 ?SP_JsPAL1 ?還與苯甲醛含量呈顯著正相關。

3 討 論

目前，關于茉莉花基因的研究主要集中于萜類化合物合成途徑中的關鍵酶，例如，萜類合成酶（TPS）[1]、甲羥戊酸焦磷酸脫羧酶（MVD）[23]、大根香葉烯合成酶（GDS）[24]、牻牛兒基牻牛兒基焦磷酸合酶（GGPPS）[25]等，但對苯丙烷類化合物合成途徑中重要基因的研究還不夠深入。本研究分別從單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花和重瓣茉莉花的基因組數據庫中鑒定出4個、1個和4個PAL基因家族成員。通過染色體定位分析發(fā)現JsPAL基因家族分布在5條染色體上，且呈現出串聯重復的形式，說明JsPAL基因在進化過程中可能經歷了若干次的基因復制擴增事件[11]。此外，序列比對結果顯示，JsPAL均包含1個由丙氨酸-絲氨酸-甘氨酸（Ala-Ser-Gly）組成的三肽活性中心，其能夠通過脫水產生4-甲基咪唑酮-5-酮（MIO），MIO能夠影響PAL的活性[26]，缺少此三肽活性中心會導致PAL活性降低甚至失去酶活性。系統(tǒng)發(fā)育樹分析結果顯示，茉莉花PAL基因與擬南芥和山茶花的親緣關系比與水稻和玉米的親緣關系緊密，在同源關系比對中發(fā)現，單瓣茉莉花、重瓣茉莉花和擬南芥間較雙瓣茉莉花和擬南芥間具有更強的同源進化關系。鑒于茉莉花PAL基因和擬南芥PAL基因的同源性，推測同一亞家族中的PAL同源基因對可能發(fā)揮相似功能，擬南芥 ?AtPAL1和AtPAL2 ?參與調控類黃酮生物合成， ?AtPAL4 ?與木質素的合成有關[27-28]。推測其同源基因 ?MP_JsPAL1和SP_JsPAL3 ?可能參與類黃酮的生物合成。

PAL基因在植物組織中存在特異性表達，蘋果的PAL基因家族中 ?MdPAL1和MdPAL5 ?在花和葉中的表達量較高， ?MdPAL3 ?在莖和果中的表達量較高[29]；云錦杜鵑RhPAL相對表達量在芽中最高，在老葉中最低[12]。孫君等[14]通過檢測茉莉花開放過程中JsPAL相對表達量的變化，發(fā)現茉莉花在半開放階段PAL相對表達量最高，隨著時間的推移相對表達量逐漸降低，并推測茉莉花花香強度與JsPAL的相對表達量有關。本研究中，除 ?SP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL2 ?外，多數JsPAL在茉莉花的花中相對表達量最高，在根、莖、成熟葉和嫩葉中的相對表達量較低。與孫君等[14]的結果相似，推測JsPAL在茉莉花的生長發(fā)育中具有重要的調控作用。 ?SP_JsPAL1 ?在茉莉花根中的相對表達量最高， ?MP_JsPAL2 ?在茉莉花成熟葉中的相對表達量最高，推測二者可能在茉莉花根和葉的生長發(fā)育中起重要調控作用。

苯丙烷類化合物是茉莉花香氣物質的主要組成部分，它是由PAL催化苯丙氨酸生成反式肉桂酸后，通過羥基化、?；图谆确磻襟E后形成的各類揮發(fā)性物質[30]，主要包括乙酸芐酯、苯甲醇、苯甲酸芐酯、苯甲酸甲酯和水楊酸甲酯等[3]。牽?；≒AL家族基因在苯丙烷代謝途徑中對乙酸芐酯和苯甲醇的合成起重要的調控作用[31]，推測茉莉花PAL家族基因對二者具有相似的調控作用。JsPAL在茉莉花不同開花時期的相對表達量具有顯著差異，高麗萍等[3]發(fā)現JsPAL基因相對表達量在茉莉花半開放時較開放初期有顯著提高；張芊[32]和熊青等[15]發(fā)現在茉莉花預備開花階段JsPAL基因相對表達量隨著時間的推移遞增，在茉莉花初開放時PAL相對表達量達到峰值，隨后呈下降趨勢；本研究結果顯示，福州單瓣茉莉花 ?SP_JsPAL3 ?、 ?SP_JsPAL4 ?和 ?MP_JsPAL1 ?的相對表達量在F1至F3階段遞增，在F4階段呈下降趨勢，推測茉莉花花香強度在F1至F3階段遞增，在F3階段達到峰值后逐漸下降，與張芊[32]和熊青等[15]的研究結果基本一致。本研究對JsPAL在福州單瓣茉莉花和雙瓣茉莉花不同開花時期的相對表達量分析結果表明， ?SP_JsPAL2、SP_JsPAL4、MP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL3 ?在福州單瓣茉莉花F3時期的相對表達量較高， ?DP_JsPAL1 ?在雙瓣茉莉花F3時期的相對表達量較高。推測 ?SP_JsPAL2、SP_JsPAL4、MP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL3 ?對福州單瓣茉莉花中苯丙烷類化合物的形成具有重要作用， ?DP_JsPAL1 ?對雙瓣茉莉花中苯丙類化合物的合成起重要作用，且可能參與調控茉莉花香氣的形成。此外，JsPAL的相對表達量與花香強度相關[14]，JsPAL在福州單瓣茉莉花中的整體相對表達量高于雙瓣茉莉花，暗示福州單瓣茉莉花花香強度高于雙瓣茉莉花，這與郭素枝等[33]的研究結果基本一致。苯甲醛是苯丙氨酸通過PAL脫氨后合成肉桂酸，再由肉桂酸直接合成的，而2-苯乙醇和苯乙醛是由苯丙氨酸通過其他途徑生成的；苯甲醛可以通過氧化合成苯甲酸，苯甲酸是揮發(fā)性苯甲酸甲酯和水楊酸甲酯的前體物質[34]。此外，苯甲醛還可以直接合成苯甲醇，苯甲醇是影響茉莉花的清香香氣的重要物質，且其在福州單瓣茉莉中的含量較高[18]，本研究中 ?SP_JsPAL1 ?相對表達量與苯甲醛含量呈顯著正相關，表明 ?SP_JsPAL1 ?可能對福州單瓣茉莉鮮靈香氣的形成具有重要作用。

4 結 論

本研究基于福州單瓣茉莉花、雙瓣茉莉花和重瓣茉莉花全基因組數據，對茉莉花PAL基因進行鑒定，分別得到4個、1個和4個具有完整結構域的茉莉花PAL基因。茉莉花PAL家族基因主要在花中高表達，且 ?SP_JsPAL2、SP_JsPAL4、MP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL3 ?可能在福州單瓣茉莉花香氣形成過程中具有重要調控作用，且 ?SP_JsPAL1 ?可能對福州單瓣茉莉鮮靈香氣的形成具有重要作用。 ?DP_JsPAL1 ?可能參與調控雙瓣茉莉花香氣的形成。此外，SP_JsPAL、 ?DP_JsPAL1 ?和 ?MP_JsPAL ?在茉莉花不同組織及不同開花時期的表達模式有差異。后續(xù)將對部分在茉莉花中相對表達量差異明顯的基因進行功能驗證，深入探究JsPAL基因家族成員在茉莉花香氣形成中的作用。

參考文獻：

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（責任編輯：陳海霞）