中国农业科学｜中国农科院郑州果树所刘三军课题组葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证
萜类化合物是植物中种类最多和结构最为多样的天然产物之一。大多数萜类化合物被归类为次级代谢物，虽然它们不直接参与植物的基本生长发育，但在植物防御反应、香气成分等方面具有重要的生理功能和广泛的应用。葡萄（Vitis vinifera L.）是一种重要的经济作物，目前已经广泛种植在200多个国家和地区。品种是产业发展的基础，其中，玫瑰香气、抗病和无核是我国葡萄育种的主要方向。萜烯类物质（尤其是单萜）是影响葡萄玫瑰香气的主要物质，而且萜烯合酶（terpene synthase，TPS）是萜烯类物质合成的核心基因，在萜烯类物质合成中具有重要的作用。
近期，中国农业科学院郑州果树研究所刘三军课题组完成的题为“葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证”的研究在《中国农业科学》2025年第58卷7期正式发表。
根据拟南芥AtTPS基因家族成员蛋白序列和TPS对应的隐尔马可夫文件PF01397和PF03936，对VvTPS基因家族进行鉴定。利用Expasy、TBtools、MEME、MEGA、MCScanX、SPOMA、WoLF PSORT和PlantCARE等工具分析家族成员的理化性质、系统进化树、染色体定位、基因结构、蛋白质二级结构、启动子顺式作用元件和预测亚细胞定位。运用qPCR分析基因家族成员在无香型（‘红地球’）和玫瑰香型（‘玫瑰香’）葡萄成熟果实中的表达情况，并通过番茄转基因功能验证，分析转基因番茄果实挥发性代谢组学，以明确VvTPS4在单萜生物合成方面的功能。
鉴定获得65个VvTPS基因家族成员，编码蛋白的氨基酸数目为339—840，平均分子质量为64.13 kDa，理论等电点为4.93—7.65，大多数成员具有7个外显子结构。经系统进化树分析，将葡萄TPS家族划分为TPS-a、TPS-b、TPS-c、TPS-e/f和TPS-g亚家族。VvTPS成员多定位于叶绿体和细胞质，其中，定位于质体的成员有10个属于TPS-g亚家族。
12个物种TPS基因家族系统进化树
葡萄TPS蛋白保守基序（A）、保守结构域（B）及基因结构（C）分析
葡萄TPS家族成员染色体定位（A）及与苹果、桃的共线性分析（B）
在启动子区域发现含有大量响应光照、温度、干旱、激素和防御相关的顺式作用元件。
葡萄TPS家族基因启动子顺式作用元件分析
克隆到29个VvTPSs，绝大多数VvTPSs在玫瑰香型葡萄果实中的表达高于无香型葡萄果实。
VvTPSs在不同香型葡萄成熟期果实中的表达情况
转基因结果表明，过表达VvTPS4能够增加番茄果实中挥发性单萜物质的积累，其中，芳樟醇是最显著上调的化合物，是野生型的20.73倍，其次是L-α-松油醇（14.55倍），风味特征分析表明，这两种物质具有花香味，是影响‘玫瑰香’香气的主要特征物质。
番茄果实挥发性代谢组分析
差异挥发性萜类化合物分析
综上，本研究从葡萄基因组中鉴定到65个VvTPSs，成员之间具有高度的保守性，且在不同香气类型的葡萄中表达模式不同。过表达VvTPS4能显著增加挥发性单萜物质的积累，可能与玫瑰香气形成密切相关。
中国农业科学院郑州果树研究所杨彩丽为该文的第一作者，李永洲和刘三军研究员为该文共同通信作者。
该研究获得河南省科技攻关项目（242102111141）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1610192023304）、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室自主培育重点项目（Horti-ZFRI-PY-2024-005）、现代农业产业技术体系（CARS-30-15）、中国农业科学院创新工程（CAAS ASTIP-2023-ZFRI）的资助。
全文链接：
《葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证》
引用文献：
杨彩丽, 李永洲, 贺亮亮, 宋银花, 章鹏, 刘肇先, 李鹏慧, 刘三军. 葡萄TPS基因家族全基因组鉴定及VvTPS4在单萜形成中的功能验证[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1397-1417.
YANG CaiLi, LI YongZhou, HE LiangLiang, SONG YinHua, ZHANG Peng, LIU ZhaoXian, LI PengHui, LIU SanJun. Genome-Wide Identification and Analysis of TPS Gene Family and Functional Verification of VvTPS4 in the Formation of Monoterpenes in Grape[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(7): 1397-1417.
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