HGG Lab神农香菊（Chrysanthemum indicum var. aromaticum）是菊科植物中的一个变种，以其独特且浓郁的甜香而著称，具有重要的商业应用价值。然而，其香气形成的分子机制此前尚未被系统阐明。团队近日在《Industrial Crops & Products》上发表论文，利用综合性多组学方法，全面解析CIA花朵的香气特征，鉴定其关键香气活性成分，并揭示负责这些成分生物合成的关键萜烯合酶（TPS）及其功能。
本研究采用的主要方法包括：（1）功能验证： 克隆候选TPS基因，在原核系统（E. coli）中进行体外酶活实验，通过GC-MS鉴定酶催化产物。利用农杆菌瞬时转化本氏烟草进行亚细胞定位观察。（2）感官组学： 训练有素的感官评价小组对CIA及其近缘种（C. indicum, C. lavandulifolium, C. nankingense）的花朵香气进行定量描述分析。（3）挥发物组学： 结合超快速气相电子鼻（Flash GC-E-nose） 和广泛靶向风味组学（WTF） 技术，全面鉴定和量化挥发性有机化合物（VOCs）。（4）化学计量学分析： 采用正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA） 筛选差异VOCs，结合相对气味活度值（ROAV ≥ 1） 确定关键香气活性化合物。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA） 将香气化合物与感官属性关联。（5）转录组学： 对CIA和CI进行转录组测序，筛选差异表达基因（DEGs），重点关注萜类生物合成途径（MVA/MEP）中的基因，特别是TPS家族。（6）分子对接： 利用AlphaFold2预测关键TPS蛋白的三维结构，并模拟其与底物（GPP, FPP）的结合模式和亲和力。
研究结果表明，神农香菊的花朵表现出独特的“甜香”特征，共鉴定出18种对其甜香贡献最大的关键化合物，主要包括(E)-β-法尼烯、α-葎草烯等萜烯类以及多种酯类化合物。转录组分析发现CIA中与萜烯合成相关的MVA/MEP途径基因及24个TPS基因存在差异表达。其中22个TPS基因的表达量与5种甜香萜烯的含量显著相关。研究成功克隆了5个CIA的TPS基因（包括*CiaTPS-a52*的三个变体），体外酶活实验证实这些TPS具有多功能性。分子对接表明这些TPS与底物（GPP/FPP）具有较低的结合能（-5.6 至 -8.2 kcal/mol），揭示了潜在的结合位点。
本研究通过多组学整合分析、计算生物学和体外生化实验，系统性地揭示了神农香菊甜香形成的分子基础。该研究不仅深化了对菊花香气生物合成途径的理解，而且为通过分子育种手段改良菊花香气品质提供了关键靶基因，对高附加值芳香植物的开发具有重要的理论和应用价值。