《Scientia Horticulturae》：Integrated transcriptomic and metabolomic analyses reveal the effects of climate on volatiles in grape (
Vitis vinifera L. cv. Centennial Seedless) and their underlying molecular mechanisms
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本研究针对全球变暖背景下高温胁迫抑制葡萄典型"玫瑰香"形成的关键科学问题，通过整合转录组和代谢组学技术，系统解析了高温（吐鲁番）与低温（乌鲁木齐）产区'世纪无核'葡萄四个发育阶段香气物质的积累规律及其分子调控机制。研究发现低温区成熟后期萜烯类物质（如芳樟醇、香叶醇）显著富集，并鉴定出DXS、DXR、TPS等关键萜类合成基因的转录抑制是高温抑制香气形成的主因，为耐高温高香葡萄品种选育提供了理论依据。
随着全球气候变暖加剧，高温胁迫已成为影响农产品品质的重要因素。作为世界范围内广受欢迎的水果，葡萄的香气品质直接决定其经济价值和消费者接受度。其中，具有典型"玫瑰香"特征的'世纪无核'葡萄是新疆主栽品种，其香气成分主要来源于萜烯类化合物（如芳樟醇、香叶醇等）。然而，高温环境会显著改变葡萄果实的次生代谢途径，导致香气物质合成受阻，但其具体分子机制尚不明确。
为揭示温度对葡萄香气形成的调控机制，研究人员在《Scientia Horticulturae》发表论文，选取新疆高温产区（吐鲁番）和低温产区（乌鲁木齐）的'世纪无核'葡萄为材料，在四个关键发育阶段（S1-S4）开展整合分析。研究采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术鉴定挥发性物质，通过Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序，并利用加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因-代谢物调控网络。
3.1 挥发性化合物特征
通过GC-MS/MS共鉴定出143种挥发性物质。低温区（L）在成熟后期（S4阶段）萜烯类物质（如香叶醇、芳樟醇乙酸酯）含量显著高于高温区（H），而高温区在早期（S1-S3）富含脂肪族衍生物（如(E)-2-己烯醛）。主成分分析（PCA）显示两地样本明显分离，表明气候条件是驱动香气差异的关键因子。
3.2 转录组分析揭示早期应激响应
S1阶段差异表达基因数量最多（上调2160个，下调2175个），显著富集于萜类骨架生物合成（Terpenoid backbone biosynthesis）等通路。KEGG分析发现945个差异基因与香气合成相关，包括单萜合成、脂肪酸代谢等13条途径。
3.3 萜类合成通路关键基因验证
qRT-PCR证实低温区在S1阶段上调DXS（1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶）、DXR（DXP还原异构酶）等MEP途径基因及TPS（萜类合酶）家族基因表达，促进α-蒎烯等单萜积累。高温区则通过抑制TPS基因转录阻碍典型玫瑰香形成。
3.4 WGCNA网络构建调控模块
MEblue模块与香叶醇、芳樟醇乙酸酯等6种香气物质正相关，其基因富集于植物激素信号转导；MEgreen模块关联单萜合成通路；MEturquoise模块与光合作用途径相关，核心基因SQS（角鲨烯合酶）可能受光调控影响萜类积累。
本研究首次通过多组学整合分析阐明高温胁迫通过转录层面抑制TPS基因表达，进而阻碍萜类合成的分子机制。发现S1阶段是温度调控的关键窗口期，为通过分子育种靶向改良高温区葡萄香气品质提供了新策略。研究成果对应对气候变化下的葡萄产业可持续发展具有重要指导意义。
