植物花香产生的代谢途径和分子机制研究进展

金蕾 张大生 刘卓星 石建新 许杰 王纪忠 崔丽洁

摘要：花香作为观赏植物的一种主要性状，不仅可以吸引授粉者帮助植物繁殖，还可以提高植物的观赏性，同時花香也是植物抵御各种生物、非生物胁迫的重要机制。花香由一系列低分子量、易挥发的化合物组成。不同种类植物的花香挥发物的成分及含量不同。按照合成代谢途径花香挥发物可分为萜烯类化合物、苯丙烷类/苯环型化合物和脂肪族化合物等三大类。本文对现阶段植物花香产生的代谢途径以及调控基因与分子机制的研究进行了简要综述，并对今后的植物花香基因工程研究进行了展望。

关键词：花香;代谢途径;调控基因;分子机制;基因工程

中图分类号： S184  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）23-0051-09

花香是植物的重要性状之一，来源于植物体内具有挥发性的化合物，通常是一些亲脂性物质[1]。这些具有挥发性的化合物不仅是参与植物体内各种次生代谢的重要物质，还是植物直接或间接抵御外来侵略的一种方式[2]，还可以吸引昆虫授粉，提高种族的生殖繁衍和适应性[3]。花朵的不同部位都有可能散发出香气，但有些植物的花香化合物只存在于特定的花器官中[4-5]。相对于花型、花色等观赏性状，花香的研究相对滞后。近几年，随着分子生物学的不断发展，国内外对花香的生物合成途径及其物质成分研究逐渐深入，花香基因工程已经成为当前植物研究的一个新热点。本文主要对花香的代谢途径以及分子调控机制等相关研究进行简要的概述，并对今后的花香研究进行展望。

1 花香化合物的合成代谢途径

植物花香化合物的合成属于次生代谢途径[3，6]，由不同组织中的酶共同合作完成[7]。花香由许多低分子量的挥发性成分组成，是花朵释放的次生代谢产物。花香挥发物按照合成代谢途径可分为萜类化合物、苯丙烷类/苯环型化合物、脂肪族化合物等三大类，还会有其他一些含氮或硫的化学物质[3]。其中萜类化合物是对花香影响最大的一类化合物，也是目前国内外研究最为深入的一类。

1.1 萜类化合物的合成代谢途径

萜类化合物是目前最多样化的天然化合物，在自然界中广泛存在。它们不仅对植物的气味有影响，还会对植物花色产生一定的影响[8]。所有的异戊二烯类化合物均来自于共同的前体异戊烯二磷酸（IPP）。萜类化合物的合成是由异戊二烯单元（C5）在细胞质或质体中通过甲羟戊酸（mevalonate pathway，MVA）途径和甲基赤藓醇磷酸（methylerythritol 4-phosphate pathway，MEP）途径缩合而成，形成单萜（C10）、倍半萜（C15）、二萜（C20）等化合物及其衍生物的前体物质[9-10]。异戊二烯类化合物还是植物激素的主要或部分来源，如脱落酸（abscisic acid，ABA）、赤霉素（GA）、细胞分裂素（CTK）和油菜素甾醇（brassinosteroid，BR）等[11]。这些激素对植物的生长发育起着重要的调节控制作用。

1.1.1 MVA途径 在细胞质和线粒体中，萜烯类化合物通过MVA途径合成。即起始反应由乙酰辅酶A（acetyl-coenzyme A）经过乙酰乙酰硫解酶（acetoacetyl-CoA thiolase，AACT）催化，在可逆反应中将2个乙酰CoA分子缩合形成乙酰乙酰辅酶A（acetoacetyl-CoA），乙酰乙酰辅酶A被羟甲基戊二酰合成酶（hydroxymethylglutaryl-CoA synthase，HMGS）转化为3-羟基-3-甲基戊二酰基-辅酶A（3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA），HMG-CoA以还原型辅酶Ⅱ（NADPH）为还原剂经过2个还原步骤转化生成MVA[12-14]。甲羟戊酸激酶（mevalonate kinase，MK）和磷酸甲羟戊酸激酶（phosphomevalonate kinase，PMK）在腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）的作用下将MVA磷酸化为MVA-5-二磷酸（mevalonate-5-diphosphate，MVAPP），最后在MVA焦磷酸脱羧酶（mevalonate pyrophosphate decarboxylase，MPD）的作用下生成异戊烯基二磷酸（isopentenyl diphosphate，IPP）。之后在IPP在异戊烯基二磷酸异构酶（isopentenyl diphosphate isomerase，IDI）的作用下生成二甲烯丙基二磷酸（dimethylallyl diphosphate，DMAPP）[15-17]。IPP和DMAPP是所有萜类化合物的前体物质。

1.1.2 MEP途径 MEP途径也称为1-脱氧木酮糖-5-磷酸途径（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway，DXP）。MEP途径在质体中产生IPP和DMAPP[18-19]。MEP途径由羟乙基硫胺素和D-甘油醛-3-磷酸（D-glyceraldehyde-3-phosphate，GA-3P）的C1醛基缩合而成。缩合反应经过中间体1-脱氧-D-葡萄糖-5-磷酸合成酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate aynthase，DXS）催化，释放出CO2，使碳进入MEP途径，该反应不可逆。第2步经过DXP还原异构酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase，DXR）催化DXP分子重排和还原，转化为MEP。之后MEP在由2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸胞苷酰转移酶（2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase，MCT）的催化下，通过CTP依赖反应转化为4-（5′-焦磷酸胞苷）-2-C-甲基-三乙醇[4-（cytidine 5′-diphospho）-2-C-methyl-D-ery-thritol，CDP-ME]，位于CDP-ME C2位的羟基被进一步磷酸化为4-（5′-焦磷酸胞苷）-2-C-甲基-赤藓醇激酶[4-（cytidine 5′-diphospho）-2-C-methyl-D-erythritol kinase，CMK]，之后再经过2-C-甲基-赤藓醇-2，4-环焦磷酸合成酶（2-C-methyl-D-erythritol2，4-cyclo-PP synthase，MCS）和（E）-4-羟基-3-甲丁-2-烯基二磷酸合成酶[1-hydroxy-2-methyl-2-（E）-butenyl-4-PP synthase，HPS]的共同催化生成（E）-4-羟基-3-甲丁-2-烯基二磷酸[1-hydroxy-2-methyl-2-（E）-butenyl-4-PP，HMBPP]，最后由HMBPP还原酶[1-hydroxy-2-methyl-2-（E）-butenyl-4-PP reductase，HDR]催化HMBPP生成IPP和DMAPP[20-22]。

IPP转化为DMAPP以及两者之间的相互平衡是由于IPP异构酶（isopentenyl diphosphate isomerase，IPPI）的存在。DMAPP的主要作用是增强IPP的化学活性，使IPP可以合成异戊二烯二磷酸脂（prenyl diphosphates，prenyl-PPs）、香叶酰二磷酸（geranyl diphosphate，GPP）、法尼基焦磷酸（farnesyl pyrophosphate，FPP）和牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸（geranylgeranyl diphosphate，GGPP）。最后在萜类合成酶（terpene synthase，TPS）的催化下，将GPP和FPP进一步转化成各种萜烯类化合物[23-24]。

1.2 苯丙烷类/苯环型化合物的合成代谢途径

苯丙烷类化合物的合成代谢途径也是大多数植物形成次生代谢物的主要途径之一[3]。相对于萜烯类来说，它调控的模式更多，也更为复杂。苯丙烷类化合物的合成主要受莽草酸（shikimic acid，SA）途径的影响，它是植物次生代谢的主要途径，并且为次生代谢提供底物[22]。

磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway）是葡萄糖氧化分解的一种方式，该途径的中间产物4-磷酸赤藓糖（erythrose 4-phosphate，E4P）和糖酵解的中间产物磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvic acid，PEP）在3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸（3-deoxy-d-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase，DAHP）合成酶的催化下经过一系列酶促反应生成莽草酸[25]。莽草酸通过分支酸（chorismic acid）和预苯酸（prephenic acid）的转氨作用最终生成苯丙氨酸（phenylalanine）、酪氨酸（tyrosine）和色氨酸（tryptophane）。苯丙氨酸和酪氨酸是苯丙烷类化合物合成的起始分子[26-27]。

苯丙氨酸解氨酶（phenylalaninammo-nialyase，PAL）、肉桂酸在肉桂酸-4-羟基化酶（4-hydroxycinnamic acid，C4H）和4-香豆酰CoA-連接酶（4-coumarate coenzyme A ligase，4CL）是苯丙烷类化合物代谢途径的3个关键酶[25]。PAL是苯丙烷类代谢途径中的关键酶和限速酶，PAL催化苯丙氨酸途径的第1步反应。它可以催化苯丙氨酸脱氨生成肉桂酸（cinnamic acid，CA）。肉桂酸在C4H的羟化作用下生成4-香豆酸盐，C4H是苯丙氨酸途径的第2步反应，需要NADPH和氧的共同作用，研究发现，C4H对底物有高度的专一性并且与植物的木质化密切相关[28-29]。4CL催化CoA酯合成，如香豆酸、肉桂酸等，之后再进一步转化成为木质素、类黄酮等次生代谢物，是苯丙氨酸途径的最后一步反应，也是苯丙烷类代谢形成不同产物的分支点[30]。此外还有甲基转移酶（OMT）和酚酶（phenolase）。甲基转移酶主要参与咖啡酸和阿魏酸的甲基转移作用[27]。目前，被广泛研究的甲基转移酶是咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT），COMT在植物木质素合成途径中起到非常重要的作用，并且 COMT可以催化咖啡酸甲基化形成阿魏酸。酚酶主要催化4-香豆酸形成咖啡酸，但是目前对酚酶的研究较少，由于未能将其从植物中分离纯化，因此酚酶的本质以及其在苯丙烷代谢途径中的作用至今还不是很清楚[31-32]。

1.3 脂肪酸及其衍生物合成代谢途径

脂肪酸（fatty acids，FAs）是细胞膜的重要组成成分，是细胞内的能量储存形式。研究发现，脂肪酸及其衍生物在植物中参与调控多种防御途径，能有效提高植物的抗逆性[33]。乙酰-CoA 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC）、脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FAS）、酰基载体蛋白（acyl carrier protein，ACP）、β-酮脂酰-ACP合酶（β-ketoacyl-CoA synthase，KAS）是目前发现的脂肪酸生物合成的几个关键酶，其他还有β-酮脂酰-ACP还原酶、β-羟脂酰-ACP脱水酶、脂酰-ACP脱水酶等等[34-35]。植物中低于18碳的脂肪酸在质体中合成，乙酰CoA（acetyl-CoA）是脂肪酸合成的前体物，羧化后的乙酰CoA产生丙二酰CoA（malonyl-CoA）。丙二酰CoA在KAS的作用下不断进行聚合反应使碳链以每次增加2个碳原子的方式延伸[36-37]。KASⅠ、KASⅡ、KASⅢ分别催化不同的反应。KASⅠ作用于碳链长度为4～14个碳之间的酰基ACP，KASⅡ是催化丙二酰ACP和棕榈酰基ACP合酶（palmitoyl-ACP，C16-ACP）聚合反应的酶，该过程会产生硬脂酰基ACP（stearoyl-ACP，C18-ACP），KASⅢ是以乙酰CoA和丙二酰CoA为底物进行反应的酶[38]。乙酰CoA经一系列的反应生成C8至C18不同链长的脂肪酸[38]。C16（16-carbon）和C18（18-carbon）是参与植物免疫调节的主要物[39]。植物花中的脂肪酸主要由C18合成，包括亚麻酸（18 ∶ 3△9，12，15）和亚油酸（18 ∶ 2△9，12）等[40]。

脂肪酸衍生物的生物合成由脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX）途径催化的特异性氧化开始，产生9-和13-氢过氧化物中间体[41]。然后LOX途径代谢2个分支产生挥发性化合物。丙二烯氧化物合酶（allege oxide synthase，AOS）支链在13-氢过氧化物的催化下通过环氧化物氧化还原反应产生茉莉酸（jasmonic acid，JA）。此外，AOS途径通过氢过氧化物裂解酶缩合氢过氧化物衍生物产生C6和C9醛以及相应酯类物质，这些挥发性物质对绿叶植物的防御性反应起到非常重要的作用[42-43]。

2 调控植物花香的基因与作用机制

植物花香挥发物的形成都是由于相关酶的存在对其进行催化，不同种类化合物的作用也存在一些差异。Schiestl 等研究发现，萜烯类和苯丙烷类化合物是散发吸引授粉者信号的主要物质[44]。它们主要在植物与授粉者之间充当最主要的媒介。而脂肪族类的化合物则主要在植物与食草动物之间发挥防御的作用。研究人员还发现，植物通常在授粉者活动较为频繁的时间内散发出花香[45]。同许多有机体一样，植物体内也存在相应的生物钟。生物钟的存在使植物可以调节它们的生长发育节律，影响植物代谢产物。许多研究表明，生物钟对植物挥发物的调节起到了重要的作用。相对于萜烯类化合物和苯丙烷类化合物的昼夜节律代谢途径，脂肪族类化合物只有一个上游基因脂氧合酶（LOX）参与了昼夜节律的调控[46]。酶在植物挥发性物质的合成途径中起到了非常重要的作用。随着分子生物学的不断发展，研究者们在几种模式植物的研究基础之上，从更多的花卉中分离纯化出相关基因，并对其表达进行了研究。

2.1 萜烯类途径中的调控基因

2.1.1 芳樟醇合酶（linalool synthase，LIS） LIS是第1个萜类花香合成酶，也是第1个负责分离和表征花香气味的酶，该酶可将牻牛儿焦磷酸（GPP）进一步转换为S-芳樟醇（S-linalool）[3]。LIS的合成在植物中非常普遍并且已经被证明是防御反应的一部分。几乎所有植物基因组都含有LIS基因。1994年，继Pichersky从仙女扇中分离纯化出芳樟醇合成酶LIS 后，Dudareva在1996年克隆出LIS基因[47-48]。Pichersky等研究发现，LIS在开花的第1和第2天酶活性最高，而且主要存在于柱头（含量最高）、花瓣和雄蕊中，其余组织器官没有发现任何LIS活性，仅在花中表达[5]。授粉之后48h内柱头酶活性下降了90%。但是没有经过授粉的花器官LIS活性下降趋势缓慢[47]。小苍兰花瓣中LIS基因表达量最高，其次是雌蕊和雄蕊，叶片含量最低。Pellegrinechi等将LIS基因通过农杆菌介导转化到柠檬天竺葵中，发现转化植株中芳香物质的含量大幅提升[49]。Mendoza-Poudereux等将仙女扇中克隆得到的LIS基因转化到宽叶薰衣草中，发现由LIS催化合成的芳樟醇含量大幅增加，幼叶中表达最为明显;与野生型相比，转基因植株中芳樟醇含量的表达多达1000%，进一步确定了芳樟醇合酶为香气合成关键基因[50]。

2.1.2 脱氧木酮糖-5-磷酸合酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate-synthase，DXS） DXS是萜類化合物合成MEP途径的限速酶。研究发现，在拟南芥中，通过上调或下调DXS基因的表达，与萜类有关的物质含量都会受到一定的影响[51]。玫瑰中RrDXS和RrLIS随着玫瑰开花的过程表达量不断上升，盛花期最高，衰老期含量相对减少。RrAAT在半开时期表达量达到顶峰，而盛开期表达迅速减弱为半开期的47.4%，衰老期表达信号极弱[52]。RrDXS在花托中表达量最高，RrAAT和RrLIS在雄蕊中表达量最高。RrDXS的整体表达水平明显高于RrLIS[53]。Bao等通过试验发现，梅花基因PmBEAT36在花瓣和雄蕊中表达量最高，并且表达量随着开花时间呈上升趋势[54]。

2.1.3 萜烯合成酶（terpene synthase，TPS） 根据基因的表达，与MEP途径中的基因相比，TPS基因的转录水平可能在单萜的产生中起到关键作用[55]。多个TPS基因与花器官相互作用以及阶段特异性TPS基因的表达可能是导致桂花独特香气产生的主要原因[56]。桂花花香的主要挥发物成分芳樟醇及其衍生物由转录因子OfTPS1、OfTPS2、OfTPS3编码[57]。研究者们分析了拟南芥中TPS家族酶的合成，发现在拟南芥中萜类化合物合成的场所主要集中在柱头和萼片（AtTPS21）、蜜腺和胚珠（AtTPS11）以及花粉（AtTPS03）中，而花瓣中没有发现任何萜类化合物[58]。琼瑶浆（VvValGw）和赤霞珠（VvValCS）（2种制造葡萄酒的主要原材料）中的VvTPS基因在花药中表达并且对花香的昼夜节律有很大的影响[59]。

2.1.4 5-磷酸脱氧木酮糖合成酶（deoxyoxylulose-5-phosphate synthase，DXPS） DXPS是植物萜类化合物合成代谢途径MEP途径的第1个限速酶，催化MEP途径的第1步反应。陈丽莉等用四季桂的花瓣和叶片为材料，通过半定量PCR发现，四季桂DXPS基因表达量在花朵盛开期最高，花蕾期次之，衰弱期最低;在花瓣中的表达量要明显高于同期在叶片中的表达量[60]。研究者通过分析得到了与花香合成有关的关键基因DXS、HDR、TPS和GPPS。OfDXS1的转录水平在盛花期有所下降，而OfDXS2的转录水平却急剧上升，推测该转录因子可能与单萜的释放量有关[61]。茉莉花瓣中DXS的基因表达出昼夜节律[62]。张浩宇等研究发现，LeDXS基因在浓香型百合中的表达量明显高于淡香型和无香型百合[63]。Chen等从桂花中分离鉴定了10个MEP途径的基因，发现桂花中OfDHR1和OfDXS2表达的昼夜节律一致[61]。

2.1.5 法尼基焦磷酸合酶（farnesyl pyrophosphate synthase，FPPS） FPPS也是萜类化合物的关键酶之一。蒋素华等通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）发现，萼脊兰FPPS基因在花瓣中大量表达且该基因只在盛花期表达，而花蕾期几乎不表达[64]。

2.2 苯丙烷类途径中的调控基因

MYB家族是植物转录因子中最大的家族之一，最先是在花香合成中被发现的[65]。研究发现，MYB家族可分为1R-、R2R3-、3R-和4R-共四大类。R2R3-MYB是植物中特有的，也是植物中发现的含量最丰富的一类蛋白质。它们参与调节花朵的次生代谢并参与合成不同的香气类型。矮牵牛是研究植物花香的模式植物之一，苯丙类化合物是矮牵牛花香的主要来源。PhODO1是第1个在矮牵牛气味形成阶段被发现的促进苯类生物合成的转录因子[66]，ODO1属于R2R3-类型MYB转录因子，对矮牵牛气味有较强的影响。ODO1与苯丙氨酸途径的几个基因共表达，并能激活莽草酸途径基因EPSPS（5-enolpyruvylshikimate-3-phospate synthase）的启动子，从而调节L-苯丙氨酸的前体供应和挥发性的产生[67]。EOBⅠ和EOBⅡ被证明对矮牵牛苯丙烷类生物合成途径有调节作用，二者共同调控ODO1和控制香气基因的表达[68-69]，并且这3类MYB转录因子在矮牵牛中均表现出昼夜节律[70-71]。

在姜花中，与花香有关的R2R3-MYB家族转录因子HcMYB3-6在盛花期表达量最高[72];紫丁香挥发物中的2个R2R3-MYB家族转录因子在盛花期的表达明显高于花蕾期[71]。马尾松PmMYB可能与一些未知的转录因子控制着花香中挥发性苯丙类化合物的生物合成[69]。研究发现，拟南芥中AtMYB3、AtMYBL2和AtMYB6在高温条件下表达更高。拟南芥的PAP1负责编码MYB转录因子，并在花青素以及苯丙素等化合物中中积累[73]。

在花香形成过程中发现了1 327个转录因子，其中OfMYB1、OfMYB6、OfWRKY1、OfWRKY3在花香形成过程中起到了重要作用，它们的表达水平与花香挥发物的释放是一致的[74]。WRKY3和WRKY6被发现与烟草中用于防御害虫的挥发性萜类化合物的产生有关[75]。玫瑰花中PAP1的过量表达受到苯丙酸类和萜类化合物挥发性物质的调节，矮牵牛中PAP1的过量表达增加了苯类化合物的释放[76]。

2.2.1 5-烯醇式丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合成酶（5-enolpyruvy-shikimate-3-phosphate synthase，EPSPS） EPSPS是莽草酸途径中的关键酶，它对花香的控制起到了重要的作用。EPSPS能够与花香挥发物基因相互协作，共同完成这类挥发物的合成与释放。Cheung等研究发现，矮牵牛的转录因子ODO1（2-oxoglutarate denhydrogenase，2-氧戊二酸脱氢酶）能够激活EPSPS基因的表达[77-78]。Rogers等研究发现，EPSPS的蛋白质质量与草甘膦的抗性有关，酶的含量与抗性成正比[79];李雅超等以橡胶树为试验材料，通过激素、干旱、高盐、低温等非生物胁迫诱导HbEPSPS基因，结果发现该基因在非生物胁迫下表达均上调，并且在胁迫处理后的12～48 h内达到最高表达量，表现出快速响应的特性[80]。

2.2.2 苯甲酸羧基甲基转移酶（benzoic acid carboxyl methyltransferase，BAMT）和苯丙氨酸解氨酶（L-phenylalanine ammonia-lyase，PAL） Kolosova等分析了BAMT和PAL，发现BAMT通过将甲基转移到苯甲酸催化合成苯甲酸甲酯，PAL通过从氨基酸苯丙氨酸产生的反式肉桂酸来控制苯甲酸的合成[81-82]。Doudareva等从金鱼草花中分离得到BAMT基因;金鱼草的BAMT和矮牵牛的BAMT1、BAMT2为同源物，同时表现出昼夜振荡，在下午时表达量达到高峰;而PAL在二者之间的表达却有所不同，金鱼草在清晨时表达量最高，矮牵牛则是在傍晚表达量最高。结果表明，同一种基因在不同种植物中的表达可能会有所差异[82]。PAL基因的表达可能与植物花香挥发性物质的释放有关[46]。马铃薯花的PtPAL表达呈现昼夜节律，并且其表达水平随着开花时间逐渐增高[83]。熊青等克隆出双瓣茉莉花相关基因JsPAL2，发现该基因的表达量随着开花天数的增加而升高，推测该基因参与调控了茉莉花中苯丙烷物质的合成[84]。

2.2.3 水杨酸羧基位甲基转移酶（salicylic acid carboxyl methyltransferase，SAMT） Ross等从仙女扇中分离得到SAMT基因，发现该基因在花香挥发物水杨酸甲酯的合成与释放中起着重要的作用[85]。Negre等通过水杨酸和茉莉酸处理诱导金鱼草花瓣中SAMT基因，经过RT-PCR发现，该基因在花瓣中表达量约为雄蕊的200倍，叶片中没有检测SAMT的相关表达[86-87]。

2.2.4 苯甲酸/水杨酸羧基甲基转移酶（benzoic acid/salicylic acid carboxyl methyltransferase，BSMT）  研究发现，有一些SAMT具有同时催化苯甲酸和水杨酸的功能，这些酶就是BSMT。百合LiBSMT基因在开花过程中呈现先高后低的趋势，花瓣中表达量最高，还呈现出昼夜节律，即下午的表达量高于上午和夜晚[88]。花香释放量随着盛开逐渐增多，到衰老期之后开始下降，这可能是由于乙烯参与了相关挥发物的调控。矮牵牛从花蕾期到盛开期的过程中，花香挥发物的成分以及含量随着时间逐渐升高，此时由于BSMT的存在，使得转录水平升高，甲基苯甲酸能大量释放吸引授粉者，授粉之后乙烯产生，抑制了甲基苯甲酸甲酯合成酶的基因表达，降低BSMT转录，从而使花香挥发物减少[89]。

2.2.5 （异）丁子香酚-O-甲基转移酶[（ISO）eugenol O-methyltransferase，IEMT] IEMT以腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-1-methionine）為甲基供体催化丁子香酚和异丁子香酚形成甲基丁子香酚和甲基异丁子香酚。Wang从仙女扇中分离纯化得到IEMT，发现该基因在花瓣中高度表达，并且表达量在开花前一天达到最高值[90]。

2.2.6 间苯三酚氧位甲基转移酶（phloroglucinol O-methyltransferase，POMT）和苔黑酚氧位甲基转移酶（orcinol O-mtehyltransferase，OOMT）POMT和OOMT都属于氧位甲基转移酶。RcOMT1在月季雄蕊中表达量最高，花瓣次之[91];PmOMT在梅花花器官中的表达主要集中在雄蕊及花瓣中[92]。研究发现，OOMT基因在有些花香成分中的表达高达60%。POMT基因是从月季花瓣中克隆得到的，Wu等研究发现，该基因在花瓣中表达量最高，花萼和雄蕊表达量很少[93]。

2.2.7 丁子香酚合酶（eugenol synthase，EGS） EGS是催化生成丁子香酚等的关键酶，目前已经从多种植物中克隆出丁子香酚基因。月季RhEGS1在盛花期表达量最高，并且主要存在于雄蕊中[94];仙女扇CbEGS1、CbEGS2在花瓣中的表达量最高而叶片里几乎没有表达[95]。以四季桂3月、6月、9月、12月不同花期的花瓣和叶片为材料，对GES和ADH基因进行半定量RT-PCR，差异表达结果表明，GES和ADH基因在花瓣中的表达量明显高于在叶片中的表达量，且盛花期的表达量最高。初步推测GES和ADH基因的表达对四季桂花瓣香气物质的产生有重要影响[96]。

2.3 脂肪酸及其衍生物途径的调控基因

脂肪酸及其衍生物在植物挥发性物质中所占的比例远不及萜烯类和苯丙烷类。脂肪酸及其衍生物主要参与植物的器官等生长发育以及植物的衰老、凋亡，还通过不同途径形成功能各异的化合物，帮助植物提高自身防御及免疫力，增强植物抗性[96]。

2.3.1 脂肪氧化酶（lipoxygenase，LOX） LOX是茉莉酸（jasmonic acid，JA）合成途径的关键酶。研究发现，LOX可以吸引昆虫捕食者增加自身防御性;参与植物挥发性化合物己醛和己烯醛的合成[33]。Hu等通过抑制番茄中LOX的表达发现，果实中乙烯等挥发物含量明显降低[97];Erin等通过抑制拟南芥中LOX2基因表达后发现，叶片中茉莉酸含量显著降低，并且明显低于野生型[98]。

2.3.2 丙二烯氧化物合酶（allene oxide synthase，AOS） AOS也是植物体内JA合成途径的关键酶。董先娟等通过克隆得到了白木香AsAOS1基因序列，发现AOS作为关键酶参与JA诱导特征性成分倍半萜类生物的合成[99]。

3 展望

随着花香代谢工程研究的逐渐深入，未来可以从更多的植物中鉴定出香气相关物质，阐明香气合成途径，克隆更多相关酶基因。但是，由于花香代谢途径的复杂性和植物种属的特异性，花香代谢途径的相关基因工程还存在很多问题。如萜类代谢途径除了产生大量与花香有关的物质之外，还会产生一些如脱落酸、乙烯等与植物生理活性有关的物质，有时还会发生一些代谢紊乱。另外，对于苯丙烷类以及脂肪酸类化合物的研究还有许多空缺。找到苯丙烷类及脂肪族类的生物合成相关基因以及这些基因是如何受到转录因子调控的仍需要进一步的研究。

目前，国内外对花香基因的克隆表达与分析的研究大多集中在香气较为浓郁的植物中。大多数形体较小、颜色单一的花卉往往具有浓郁的香气，如紫丁香、水仙、桂花等，而像荷花、菊花和一些热带兰虽然花体型较大，但是香气比较淡雅。随着物质生活的不断发展，人们对花卉的需求也不断上升，因此对花香代谢途径的研究至关重要。通过对代谢途径了解的不断深入，利用现代生物技术不断改善植物现有性状，可使香气淡雅的花卉变得香气浓郁，培育出集花型、花色、花香为一体的观赏花卉。未来，随着生物技术的不断发展，对花香代谢途径研究不断深入，可以更好地利用花香基因工程改造植物性状，从而增加植物的观赏性，创造更多的经济效益。

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