柑橘是全球最重要的果樹類作物，在我國具有豐富種質(zhì)資源。與糧食作物相比，柑橘果實(shí)積累了極高水平的揮發(fā)性萜類物質(zhì)，不僅決定其獨(dú)特風(fēng)味，還深度參與防御機(jī)制。其中，γ-松油烯賦予柑橘特有的“橘香味”，但其合成與調(diào)控的分子基礎(chǔ)尚不清楚，限制了我們對柑橘風(fēng)味和抗性改良的深入理解。

 

　　除作為柑橘背景香氣的d-檸檬烯以外，橘積累較高的γ-松油烯，表現(xiàn)出典型的“橘味”，而甜橙及柚等其他大部分柑橘種質(zhì)則并無該物質(zhì)的積累。通過感官評價(jià)觀察到柑橘果實(shí)中γ-松油烯含量的提升對消費(fèi)者情感偏好及購買行為有負(fù)面影響。進(jìn)一步，本研究對γ-松油烯感官閾值進(jìn)行量化表征，發(fā)現(xiàn)高含量γ-松油烯賦予“臭橘子”味，而低于44.56 μg/g 時(shí)則呈現(xiàn)“橘香味”。

 

　　在賦予果實(shí)風(fēng)味的同時(shí)，揮發(fā)性物質(zhì)參與構(gòu)建生物防御體系。本研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的γ-松油烯對于亞洲柑橘木虱和柑橘紅蜘蛛兩種重要蟲害有驅(qū)避和吸引作用，表現(xiàn)為在超過消費(fèi)者負(fù)面情緒的γ-松油烯感官閾值含量時(shí)，對兩種昆蟲均表現(xiàn)出顯著驅(qū)避效應(yīng)。這表明高含量γ-松油烯在降低果實(shí)感官品質(zhì)的同時(shí)提高了植物的昆蟲防御能力。

 

　　進(jìn)一步通過正反向遺傳學(xué)分析，確定 CreTPS3a 是合成γ-松油烯的關(guān)鍵基因，并在向北馴化的橘（MD1類型）中發(fā)現(xiàn)了插入CreTPS3a啟動(dòng)子區(qū)域的solo-LTR。該插入片段能被轉(zhuǎn)錄因子CreARF2特異性識(shí)別、結(jié)合以增強(qiáng)CreTPS3a的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而影響γ-松油烯的生物合成量。結(jié)合地理分布發(fā)現(xiàn)，該solo-LTR插入事件與柑橘種質(zhì)的地理分布模式存在潛在聯(lián)系，這為理解馴化過程中香氣品質(zhì)和抗性品質(zhì)性狀的形成提供了新視角。同時(shí)，為植物基因組DNA結(jié)構(gòu)變異尤其是轉(zhuǎn)座元件插入片段通過調(diào)控基因表達(dá)以最終影響作物品質(zhì)性狀提供了典型案例。

 

　　該研究探究了寬皮柑橘γ-松油烯含量的“人體感官-昆蟲防御”平衡閾值，通過多組學(xué)數(shù)據(jù)挖掘了“橘香味”形成的分子基礎(chǔ)，解析了其對橘類種質(zhì)資源分布的影響，講述了“果實(shí)品質(zhì)—人類馴化—昆蟲防御”三方博弈的經(jīng)典故事。研究結(jié)果為同時(shí)提升果實(shí)消費(fèi)者喜好和抗蟲性的綠色策略提供了重要理論依據(jù)。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院徐娟教授和中國科學(xué)院昆明植物研究所朱安丹研究員為該論文的通訊作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院博士后溫歡和博士后劉園為論文的共同第一作者。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新教授、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)徐強(qiáng)教授、新西蘭皇家植物與食品研究院Cecilia Hong Deng研究員、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張欣欣研究員為本研究提供了實(shí)驗(yàn)材料、技術(shù)指導(dǎo)及文章寫作指導(dǎo)等。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)張海朋博士也參與了本研究。本研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD2300600）、國家自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目（U22A20492）及博士后面上基金等項(xiàng)目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molp.2025.09.007