脂氧合酶基因家族成员在薄皮甜瓜 挥发性香气物质合成中的作用

汤雨凡 张冲 曹嵩晓 王孝 齐红岩

目的与意义： 薄皮甜瓜可以作为研究果实成熟特性尤其是香气特性的模式植物。甜瓜成熟果实中挥发性香气物质主要为醛类、醇类和大量的酯类物质，这些香气物质的组成和含量与甜瓜品种密切相关。香气浓郁的甜瓜通常含有大量直链和支链酯类，其中直链酯类是薄皮甜瓜的主要香气物质。植物中直链酯类主要通过脂肪酸途径进行，脂氧合酶（LOX）是脂肪酸途径中第一个关键酶。由于LOX为多基因编码，其基因家族成员参与不同的生理进程，LOX在酯类物质合成过程中的作用还不明确。因此有必要通过不同香气类型甜瓜的香气成分分析和果肉圆片孵育试验，检测LOX酶活性和香气物质成分，并根据已确定甜瓜的LOX基因家族成员序列进行基因的表达差异分析，来研究哪些LOX基因家族成员参与了薄皮甜瓜香气物质的合成过程。为明确LOX在薄皮甜瓜直链酯类合成中的作用以及哪些基因参与直链酯类合成奠定基础。

材料与方法： 本试验以不同香气类型的甜瓜为试材，香气浓郁的薄皮甜瓜‘玉美人（YMR）、香气味较浓郁的薄皮甜瓜‘翠宝（CB）、香气较淡的薄皮甜瓜变种梢瓜（SHAO）（C. melo var. conomon）、香气较淡的薄皮甜瓜变种菜瓜（CAI）（C. melo L. var. flexuosus Naud）。选用各类型甜瓜生理成熟期的无损果实进行取样。测定内容包括果实果肉硬度、色度、可溶性固形物（SSC）、脂氧合酶活性、香气物质含量及CmLOXs基因家族成员实时荧光定量分析。利用顶空固相微萃取的方法收集香气物质，用ThermoTrace GC-Ultra-ITQ900气相色谱-质谱联用仪定量和分析，采用内标法和SIM（选择离子检测）方式定量分析。内标1-辛醇浓度为59.5 mL·L-1。只有相似性指数（similarity index，SI）大于800的物質被定量分析。

结果与分析： （1）4个类型甜瓜共检测出87种挥发性香气物质。‘玉美人的总香气物质和总挥发性酯类物质含量最高，梢瓜和菜瓜则分别含有较高的挥发性醇类和醛类物质。（2）通过主成分分析，梢瓜和菜瓜由主成分1与‘玉美人和‘翠宝区分为2类不同香气类型甜瓜，而‘玉美人和‘翠宝又由主成分2分为不同香气类型（原图2）。（3）‘玉美人的总香气物质和酯类物质含量最高，其LOX活性也显著高于其他类型。菜瓜中醛类物质含量最高，LOX酶活性最低。LOX酶活性与4个类型甜瓜的总酯类物质含量呈正相关，与醛类物质含量呈负相关。LOX酶活性在LOX前体亚油酸（LA）和亚麻酸（LeA）处理中均显著升高而被两种LOX抑制剂显著抑制。（4）不同的LOX前体和LOX抑制剂处理的‘玉美人薄皮甜瓜果肉圆片中，多种香气物质积累受到不同程度的诱导和抑制。添加LOX前体的处理诱导了果肉中挥发性醛类物质和直链酯类物质含量的积累。（5）18个CmLOXs 基因在不同香气类型的薄皮甜瓜中及不同圆片处理中的表达差异较大（原图4）。

结    论： 薄皮甜瓜中直链酯类的生物合成源于LOX途径，LOX是影响薄皮甜瓜香气物质尤其是醛类和直链酯类物质的关键酶。CmLOX03、CmLOX12、CmLOX16和CmLOX18这4个基因家族成员在酯类香气合成过程中可能是主要的基因，可以作为酯类香气物质合成相关的候选基因来进行研究。