脂氧合酶基因家族成員在薄皮甜瓜 揮發(fā)性香氣物質(zhì)合成中的作用

湯雨凡 張沖 曹嵩曉 王孝 齊紅巖

目的與意義： 薄皮甜瓜可以作為研究果實(shí)成熟特性尤其是香氣特性的模式植物。甜瓜成熟果實(shí)中揮發(fā)性香氣物質(zhì)主要為醛類、醇類和大量的酯類物質(zhì)，這些香氣物質(zhì)的組成和含量與甜瓜品種密切相關(guān)。香氣濃郁的甜瓜通常含有大量直鏈和支鏈酯類，其中直鏈酯類是薄皮甜瓜的主要香氣物質(zhì)。植物中直鏈酯類主要通過(guò)脂肪酸途徑進(jìn)行，脂氧合酶（LOX）是脂肪酸途徑中第一個(gè)關(guān)鍵酶。由于LOX為多基因編碼，其基因家族成員參與不同的生理進(jìn)程，LOX在酯類物質(zhì)合成過(guò)程中的作用還不明確。因此有必要通過(guò)不同香氣類型甜瓜的香氣成分分析和果肉圓片孵育試驗(yàn)，檢測(cè)LOX酶活性和香氣物質(zhì)成分，并根據(jù)已確定甜瓜的LOX基因家族成員序列進(jìn)行基因的表達(dá)差異分析，來(lái)研究哪些LOX基因家族成員參與了薄皮甜瓜香氣物質(zhì)的合成過(guò)程。為明確LOX在薄皮甜瓜直鏈酯類合成中的作用以及哪些基因參與直鏈酯類合成奠定基礎(chǔ)。

材料與方法： 本試驗(yàn)以不同香氣類型的甜瓜為試材，香氣濃郁的薄皮甜瓜‘玉美人（YMR）、香氣味較濃郁的薄皮甜瓜‘翠寶（CB）、香氣較淡的薄皮甜瓜變種梢瓜（SHAO）（C. melo var. conomon）、香氣較淡的薄皮甜瓜變種菜瓜（CAI）（C. melo L. var. flexuosus Naud）。選用各類型甜瓜生理成熟期的無(wú)損果實(shí)進(jìn)行取樣。測(cè)定內(nèi)容包括果實(shí)果肉硬度、色度、可溶性固形物（SSC）、脂氧合酶活性、香氣物質(zhì)含量及CmLOXs基因家族成員實(shí)時(shí)熒光定量分析。利用頂空固相微萃取的方法收集香氣物質(zhì)，用ThermoTrace GC-Ultra-ITQ900氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀定量和分析，采用內(nèi)標(biāo)法和SIM（選擇離子檢測(cè)）方式定量分析。內(nèi)標(biāo)1-辛醇濃度為59.5 mL·L-1。只有相似性指數(shù)（similarity index，SI）大于800的物質(zhì)被定量分析。

結(jié)果與分析： （1）4個(gè)類型甜瓜共檢測(cè)出87種揮發(fā)性香氣物質(zhì)。‘玉美人的總香氣物質(zhì)和總揮發(fā)性酯類物質(zhì)含量最高，梢瓜和菜瓜則分別含有較高的揮發(fā)性醇類和醛類物質(zhì)。（2）通過(guò)主成分分析，梢瓜和菜瓜由主成分1與‘玉美人和‘翠寶區(qū)分為2類不同香氣類型甜瓜，而‘玉美人和‘翠寶又由主成分2分為不同香氣類型（原圖2）。（3）‘玉美人的總香氣物質(zhì)和酯類物質(zhì)含量最高，其LOX活性也顯著高于其他類型。菜瓜中醛類物質(zhì)含量最高，LOX酶活性最低。LOX酶活性與4個(gè)類型甜瓜的總酯類物質(zhì)含量呈正相關(guān)，與醛類物質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)。LOX酶活性在LOX前體亞油酸（LA）和亞麻酸（LeA）處理中均顯著升高而被兩種LOX抑制劑顯著抑制。（4）不同的LOX前體和LOX抑制劑處理的‘玉美人薄皮甜瓜果肉圓片中，多種香氣物質(zhì)積累受到不同程度的誘導(dǎo)和抑制。添加LOX前體的處理誘導(dǎo)了果肉中揮發(fā)性醛類物質(zhì)和直鏈酯類物質(zhì)含量的積累。（5）18個(gè)CmLOXs 基因在不同香氣類型的薄皮甜瓜中及不同圓片處理中的表達(dá)差異較大（原圖4）。

結(jié)? ? 論： 薄皮甜瓜中直鏈酯類的生物合成源于LOX途徑，LOX是影響薄皮甜瓜香氣物質(zhì)尤其是醛類和直鏈酯類物質(zhì)的關(guān)鍵酶。CmLOX03、CmLOX12、CmLOX16和CmLOX18這4個(gè)基因家族成員在酯類香氣合成過(guò)程中可能是主要的基因，可以作為酯類香氣物質(zhì)合成相關(guān)的候選基因來(lái)進(jìn)行研究。