《Plant Physiology and Biochemistry》：Regulation of volatile biosynthesis in plants
植物合成并释放多样化的挥发性有机化合物（Volatile organic compounds, VOCs），这是一类作为化学通信中空气传播信号的特化代谢物。VOCs既可作为长距离信号，也可作为内部信号。因此，其生物合成必须受到严密调控，以确保产生适当的响应。本综述聚焦于VOCs生物合成的遗传调控，总结了由转录因子（Transcription factors, TFs）和启动子结构介导的转录调控，以及转录后调控过程。研究人员进一步探讨了更高阶的调控机制，包括染色质组织和表观遗传修饰，并讨论了三维基因组结构对由增强子介导的长程转录调控的影响。最后，文章重点介绍了玫瑰花香生物合成调控的最新进展作为案例研究，阐明了这些机制如何协同作用以精细调节香气的产生。
**1. 引言**
植物产生大量特化代谢物，其中挥发性有机化合物（VOCs）是低分子量分子，易于蒸发，在化学通信中充当空气传播信号。根据其生物合成来源，VOCs可分为不同类别；在植物中，萜类（terpenoids）、苯丙烷类/苯甲酸类（phenylpropanoids/benzenoids）和脂肪酸衍生物（fatty acid derivatives）是最主要的家族。VOCs为植物履行多种功能，例如作为天敌的驱避剂、防御和免疫的诱导剂、向邻近植物或昆虫发出的信号。同时，VOCs在人类日常生活的诸多方面（如化学、医学、食品和化妆品）也至关重要。例如，现代医学中的许多药物即来源于VOCs。具有强抗氧化、抗菌或驱虫特性的化合物不断被发现，表明其在医药或农业中作为天然生物活性剂的潜力。例如，姜黄精油中最近新鉴定了约150种化合物。萜类化合物，包括单萜烯（monoterpenes）和倍半萜烯（sesquiterpenes），是存在于大多数植物科中的最大一类天然产物，因其在香水、化妆品和农用工业中的应用而具有巨大的商业价值。最著名的自古以来用于这些目的的精油来自玫瑰，其经济价值推动了培育具有增强香气的玫瑰新品种的努力。除了工业用途，玫瑰香气在植物-昆虫相互作用中也扮演重要角色。
开花植物通常依赖昆虫授粉，通过释放VOCs吸引各种传粉者。这要求在花朵发育成熟并具备授粉感受性时适时释放化合物，从而将VOCs生物合成的调控与花朵发育联系起来。此外，专性昆虫授粉依赖于香气介导的传粉者吸引特异性，这种特异性通过生物选择压力演化而来，并驱动了这些植物中VOCs生物合成的调控。因此，无花果属（Ficus）的授粉演化出涉及特定无花果物种与特定黄蜂的互利共生关系。只有当花朵具备授粉或昆虫繁殖的感受性时，才需要释放特定比例的VOCs混合物来吸引黄蜂。植物对生物胁迫的抗性和防御通常依赖于VOCs的产生，例如虫害诱导的植物挥发物（herbivore-induced plant volatiles）可以驱避或招募害虫的天敌，或触发邻近植物的抗性。例如，番茄（Solanum lycopersicum）中对粉虱和蓟马的抗性由单萜烯介导。植物害虫也可以利用植物释放的VOCs来定位合适的攻击位点。例如，玉米根萤叶甲（Diabrotica balteata）幼虫对菜豆（Phaseolus vulgaris）根系的吸引取决于根瘤菌定殖根瘤产生的特定VOCs混合物。
除了生态功能，VOCs还作为具有激素功能的内部信号分子，协调器官的生长和形态。例如，在矮牵牛花中，花管在开放前产生的倍半萜烯大根香叶烯D（germacrene D）作为空气信号到达柱头，通过卡里金（karrikin）信号通路控制其生长，使其与花管发育同步，并有助于抵御病原体。这些功能对生殖器官的正常发育和种子产量至关重要。在番茄中，表皮毛（trichomes）的形状由其分泌细胞的代谢活性决定，突显了代谢过程与形态发育之间的复杂联系。在玫瑰中，香气产生在花朵发育过程中发生演变。VOCs的释放受昼夜节律调控，这在烟草（Nicotiana attenuata）、矮牵牛和玫瑰等不同植物中均有显示，并进一步受到传粉者活动、温度、光照或养分可用性等环境线索的调节。在玫瑰中，最近一项旨在阐明胞质香叶醇（geraniol）产生的研究表明，VOCs的释放量在花朵发育过程中增加，且具有严格的昼夜周期生产模式，这取决于底层酶的异步表达。
VOCs多样化的生态和生物学功能要求其生物合成受到严密调控。在最广泛的层面上，植物激素如茉莉酸（jasmonic acid）、乙烯（ethylene）和脱落酸（abscisic acid）响应环境或发育线索运作，确保VOCs产生的正确时间和组织特异性。在遗传水平上，这主要体现为对编码转录因子（TFs）、生物合成酶和转运蛋白的基因的转录调控。此外，表观遗传和转录后调控，如染色质可及性、小RNA和mRNA稳定性，进一步塑造VOCs相关转录本的可用性，并为其控制增加灵活性。理解VOCs生物合成调控的多个层次，对于揭示进化如何塑造植物中调控复杂且适应性的挥发特征的网络至关重要，同时也为作物改良、香气增强和胁迫抗性提供潜在应用。在本综述中，研究人员审视了植物VOCs生物合成遗传控制的概念框架和当前知识，涵盖了转录和转录后调控，包括TFs、启动子介导的控制以及转座元件（Transposable elements, TEs）的影响。研究人员还探讨了基因组和染色质相关的调控机制，如启动子-增强子相互作用和基因簇（gene clustering），作为塑造组织和时间特异性VOCs产生的三维（3D）基因组结构的一部分。最后，研究人员重点介绍了玫瑰中的最新进展作为案例研究，以例证这些调控机制如何协同控制花香。为保持清晰，研究人员通常不解释研究VOCs生物合成调控所使用的方法。然而，为便于读者，研究人员在文中编制了一个表格（表1），总结了所引文献及其它资料中遇到的不同方法及其应用场景，并特别强调了基因组学方法。
**2. 植物中的VOCs生物合成**
萜类化合物来源于C5前体二甲基烯丙基二磷酸（dimethylallyl diphosphate, DMAPP）和异戊烯基二磷酸（isopentenyl diphosphate, IPP），二者可通过异戊烯基二磷酸异构酶（isopentenyl diphosphate isomerase, IDI）相互转化。它们源自两条不同的生物合成途径：在质体中的甲基赤藓糖醇磷酸（methylerythritol phosphate, MEP）途径主要合成单萜烯和二萜烯；在细胞质中的甲羟戊酸（mevalonate, MVA）途径则产生倍半萜烯。两条途径之间的代谢交流使得细胞质中间体（如Rosa chinensis中由RcG/FPPS1产生的香叶基二磷酸（geranyl diphosphate, GPP）和法呢基二磷酸（farnesyl diphosphate, FPP））能够参与细胞质和质体中的萜类化合物生产。萜烯合酶（Terpene synthases, TPSs）根据其底物特异性和细胞定位，将香叶基二磷酸（GPP）和法呢基二磷酸（FPP）前体转化为不同的萜类化合物。一小类不规则萜类化合物（C8-C18），如α-和β-紫罗兰酮，是由类胡萝卜素（carotenoids）经氧化裂解和酶促修饰形成的。玫瑰中的开创性研究表明，一些单萜烯可以通过一个独立于TPS的途径在细胞质中合成，该途径涉及一个与X基团连接的核苷二磷酸水解酶（nucleoside diphosphates linked to moiety-X hydrolase, NUDX1），将GPP水解为香叶基单磷酸（geranyl monophosphate, GP），然后再经去磷酸化生成香叶醇（geraniol）。随后，该非典型细胞质途径在其他植物物种的单萜烯生物合成中也被发现。
苯丙烷类和苯甲酸类化合物衍生自苯丙氨酸（phenylalanine）——其由莽草酸途径（shikimate pathway）产生——并根据其碳骨架被分类为苯丙烷类（C6-C3）、苯甲酸类（C6-C1）及相关化合物（C6-C2）。在玫瑰和矮牵牛中，2-苯乙醇（2-phenylethanol）和苯乙醛（phenylacetaldehyde）通过涉及脱羧酶和氨基转移酶的不同途径产生。苯甲酸类的形成通过β-氧化或非β-氧化途径进行，涉及苯甲醛脱氢酶（benzaldehyde dehydrogenase）等酶。苯丙烷类如丁子香酚（eugenol）和异丁子香酚（isoeugenol）则通过顺序乙酰化和还原形成。化合物的进一步多样性来自甲基化、羟基化和乙酰化等修饰，这些修饰由O-羧基甲基转移酶（O-carboxyl methyltransferases）和BAHD酰基转移酶（BAHD acyltransferases）等酶催化。
脂肪酸衍生物源于不饱和C18脂肪酸，如亚油酸（linoleic acid）和亚麻酸（linolenic acid）。其生物合成始于脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）依赖的氧合作用，形成9-和13-氢过氧化中间体。这些中间体通过丙二烯氧化物合酶（allene oxide synthase）转化为茉莉酸，或进入氢过氧化物分支，产生挥发性C6和C9醛及其醇和酯衍生物，即绿叶挥发物（green leaf volatiles, GLVs）。
**3. VOCs生物合成的转录调控**
转录调控是控制基因表达最广泛研究的机制。顺式调控元件（cis-regulatory elements, CREs）是位于基因启动子和其他更远调控区域的DNA序列，在基因调控中起核心作用。在本综述中，CREs指单个TF结合位点，而顺式调控模块（cis-regulatory modules, CRMs）则是CREs的组装体，包括启动子、增强子（enhancers）、沉默子（silencers）和绝缘子元件（insulator elements）。CREs对于转录因子（TFs）等反式作用因子（trans-acting factors）的可及性决定了基因的正向或负向调控。反过来，TFs必须可获得，即被合成并可作用于靶标CREs，而编码TFs的基因本身当然也受到转录调控。TFs与参与基础转录机制的蛋白质以及其他蛋白质（包括其他TFs）相互作用，因此常形成调控复合物。调控性RNA（如miRNAs）也与靶基因相互作用，控制其转录水平。最终，这形成了一个基因调控网络（gene regulatory network），即一组相互作用的蛋白质和RNA，精确控制一个细胞过程。最后，表观遗传调控因子如染色质重塑因子（chromatin remodelers）和组蛋白修饰酶（histone modifiers）通过沉积表观遗传标记改变DNA可及性，增加了另一层复杂性。因此，细胞依靠这些不同的过程以精确和高度动态的方式调控基因表达。
**3.1. 作用于VOCs生物合成调控的转录因子**
在超过30种植物物种中，已鉴定出超过100种TFs作为VOCs生物合成的调控因子。其中，MYB、WRKY、bHLH、bZIP和AP2/ERF家族研究最为广泛，锌指类TFs家族（包括DOF TFs）也有少量贡献。
组织特异性TFs在空间上将其靶基因的表达限制在特定组织甚至细胞类型中。基因表达特异性可以通过狭窄表达的转录激活因子和染色质重塑因子实现，它们选择性地在特定背景下激活靶基因。或者，普遍表达的激活因子（可普遍开启基因）与在大多数情况下沉默靶基因的抑制因子相结合。这种双重机制导致基因仅在无负调控因子存在时、在特定时间和地点表达。一些参与VOCs生物合成调控的TFs已被证明在特定条件、组织或发育阶段特异性转录。例如，CitERF71正向调控CitTPS16，后者在柑橘（Citrus sinensis）成熟果实中催化香叶醇合成。在番茄中，一种表皮毛特异性锌指TF SlEOT1转录激活SlTPS5（一种芳樟醇合酶基因）。苯丙烷类化合物在组织特异性水平上也受到TFs的转录调控，一个MYB支系被发现调控多个物种中苯丙烷类生物合成基因的表达。例如，在矮牵牛（Petunia hybrida）中，R2R3-MYB TF ODO1作为主调控因子，直接激活苯丙烷类生物合成基因，以及参与同一途径的其他花特异性MYB调控因子。ODO1水平在昼夜光周期中波动，在傍晚达到峰值。在其结合位点，ODO1可能与降低靶基因转录活性的转录抑制因子竞争。这导致编码莽草酸和苯丙烷类途径酶的基因转录出现昼夜波动，这些酶对苯甲酸类和苯丙烷类化合物的生物合成和释放是必需的。在甜桂花花瓣中，紫罗兰酮（ionone）的组织特异性生物合成由AP2/ERF家族的TF OfERF2调控，它直接结合到两个类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD1和CCD4）启动子的功能元件上，增强其表达。在秋子梨（Pyrus ussuriensis）中，一种主要在成熟果实中表达的bZIP TF通过与PuLOX3.1的启动子相互作用，调控脂肪酸衍生挥发物的生物合成。这些以及其他例子表明，TFs以组织特异性方式增强VOCs生物合成基因的表达，在这些化合物产生的场所驱动代谢途径的空间区室化，建立组织特化。
通常，TFs作为基因调控枢纽（hubs），通过结合不同基因启动子上的特定基序（motifs），控制多个下游靶标的表达，从而整合不同的发育和环境信号，协调组织分化、胁迫响应或特化代谢等生物学过程。例如，MYB TFs已被确定为与生理过程相关的VOCs生物合成的关键调控枢纽。在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中，AtMYB21和AtMYB24通过茉莉酸介导的响应协调花的发育。最近的研究表明，这两个TFs与AtMYB99一起调控花粉中的苯丙烷类途径。ODO1也是一个典型的调控枢纽例子，因为它控制苯丙烷类途径的多个基因，且其上游受“苯甲酸类物质释放调控因子II”（Emission of Benzenoid II, EOBII）和“苯丙烷类排放调节蛋白PES”（Phenylpropanoid Emission-Regulating Scarecrow-Like, PES）的调控，后者也调控苯甲酸类生物合成基因。在矮牵牛中的最新工作进一步揭示，该基因网络由MADS-box TF PhDEF转录激活，PhDEF直接诱导EOBII、EOBI以及苯丙烷类和苯甲酸类生物合成途径的关键基因，而光敏色素互作因子4/5（Phytochrome interacting Factor 4/5, PIF4/5）则激活正调控因子EOBII。在草莓中，丁子香酚的产生依赖于一个TF网络。MYB TF FaMYB10正向调控FaEOBII，FaEOBII再与FaDOF2相互作用，增强FaEGS2基因的表达，从而增加成熟果实花托中的丁子香酚产量。在小苍兰（Freesia hybrida）中，一个MYB-bHLH复合物增加了芳樟醇合酶基因FhTPS1的表达。其他TF家族也被发现作为一个调控复合物发挥作用。例如，在茶树中，绿叶挥发物（Z）-3-己烯基乙酸酯（(Z)-3-hexenyl acetate）由BAHD酰基转移酶CsCHAT利用（Z）-3-己烯醇（(Z)-3-hexenol）作为底物合成。CsCHAT基因受到两个TFs——CsNAC30和CsTCP11——的正向调控，二者需要共表达才能触发对靶基因的上调效应。这些案例说明，VOCs的生物合成并非仅由单一TF控制，而是由调控蛋白复合物和层级网络（hierarchical networks）控制，从而实现对VOCs生物合成在组织和发育特异性水平上的精细调控。
VOCs生物合成基因的转录调控也可以由生物和非生物信号触发。VOCs的成分会根据植物遭遇的不同胁迫而波动，从而产生动态变化，这对于植物适应环境挑战至关重要。因此，TFs整合内部发育程序和环境信号，对VOCs生物合成途径施加多层控制。广泛的研究表明，不同的TF家族如何在不同胁迫下调控特化代谢。例如，在拟南芥中，萜类化合物生物合成受一种碱性亮氨酸拉链（basic leucine zipper）TF HY5调节，HY5在光照下调控三个TPSs的转录。在hy5-215突变体中，幼苗和成年阶段的启动子活性均降低，表明HY5不仅对早期发育中的光响应转录是必需的，而且对维持花和其他器官中的组织特异性表达也是必需的。这一结果突显了TFs如何将环境信号与发育基因调控整合起来。
**3.2. 启动子在转录调控中的作用**
TFs通过结合其靶标CREs来发挥转录调控功能。这些CREs通常组装成CRMs，并在转录起始位点上游形成基因启动子。基因启动子决定了基因转录的时空和定量方面。启动子的不同区域可以以依赖于背景（组织类型、发育阶段、环境条件等）的方式对转录调控做出贡献。每个区域可以独立作为激活因子或抑制因子，因为不同的CREs被不同的TFs识别。因此，基因的总转录输出反映了结合在不同启动子区域上的TFs所附加的效应。CREs在调控VOCs相关基因转录中的重要性可以通过几个例子说明。在矮牵牛中，ChIP-Seq分析显示ODO1识别莽草酸、苯丙氨酸和单木质醇（monolignol）途径基因启动子中的核心AC-like基序，突显了特定CREs如何指导挥发物前体途径的转录激活。这些基序在下游挥发物生物合成基因中的存在与否进一步表明CREs有助于VOCs途径的层级控制（hierarchical control），实现对前体合成的选择性调控。在菊花（Chrysanthemum morifolium）中，驱动CCD编码基因的启动子的花瓣特异性由一个1090 bp的核心启动子赋予，该启动子在未成熟花瓣中具有活性，而一个505 bp的片段则赋予其在花药和花粉中的表达。有趣的是，相同的CRE可以在几个异源物种中赋予相同的组织特异性。例如，日本牵牛（Ipomoea nil）中MYB1基因上游的1023 bp片段允许报告基因在其他六个物种中实现花瓣特异性表达。这一结果可能表明，不同物种中存在的花瓣特异性TFs可以识别相同的结合位点，从而揭示CRE功能的进化保守性。
在烟草中，对VOCs生物合成基因（如NaLIS、NaTPS38和NaLOX2）的启动子进行的计算机分析揭示了大量与光照、植物激素和昼夜节律调控相关的CREs，强调了VOCs转录控制的复杂性。例如，在避光实验中，NaLIS和NaTPS38被下调，萜类化合物释放受到抑制。此外，NaLIS和NaLOX2的启动子（但NaTPS38的不含）含有脱落酸（ABA）响应基序，ABA处理增加了由LOX2产生的（Z）-3-己烯基乙酸酯，同时降低了芳樟醇含量。这提供了证据，表明CREs作为分子开关（molecular switches）响应激素信号通路，并可以在单个基因水平上整合环境和激素信号。
CREs的突变是基因转录调控进化的重要驱动力。例如，一项涉及桂花（Osmanthus fragrans）不同品种（具有高和低紫罗兰酮水平）的比较研究发现，CCD4起始密码子上游一个183 bp的缺失（该缺失与OfERF2 TF的结合位点重叠），通过破坏OfERF2结合所需的功能元件，导致低紫罗兰酮品种中CCD4表达的减少。在矮牵牛中，一项针对具有不同授粉综合征的物种进行的比较分析表明，启动子的保守和分化塑造了VOCs TFs的表达。两个无香味的矮牵牛物种，P. exserta和P. secreta（依赖不同的传粉者），在ODO1启动子上表现出更大的变异。因此，ODO1、EOBII和LHY TFs的CREs在P. exserta中被预测缺失，但在P. secreta中仅部分丢失。这些差异可能有助于这两个物种花香的丧失，与它们转向依赖不同线索的授粉策略一致，尽管需要进一步研究将授粉策略的转变归因于CRE变异。总的来说，CRE进化是动态和灵活的，由于点突变、基序更替（motif turnover）和模块化启动子结构（modular promoter structure），导致基因调控在不破坏基本功能的情况下发生变化。这使得CRE变异对植物表型进化和驯化至关重要。在VOCs生物合成中，这种灵活性可能解释了跨植物物种观察到的香气和防御特征的快速多样化，尽管需要更多研究来证明影响VOCs调控的进化转变。
**3.3. 转座元件的影响**
CREs的破坏通常可以通过转座元件（TE）的插入来发生，从而导致基因转录的潜在改变。此外，TEs正被越来越多地认识到是新型CREs的来源，它们在启动子区域的存在可以深刻影响基因的组织特异性表达，引发了它们可能参与花卉组织中VOCs生物合成基因调控的可能性。据研究人员所知，目前尚未有活性TEs调控VOCs基因的报道——尽管文中提到了TE衍生的启动子。然而，有证据表明这种调控机制是合理的，因为已有报道其参与调控其他特化代谢物（如花青素）。例如，在苹果（Malus domestica）中，一种gypsy样长末端重复序列（Long Terminal Repeat, LTR）逆转录转座子插入MdMYB1启动子上游，作为一个功能性增强子驱动红皮果实中高花青素积累，而在黄皮品种中不存在，这证明了TEs在色素性状中具有明确的组织特异性调控作用。类似地，在葡萄（Vitis vinifera）中，逆转录转座子插入到VvMYBA1（一个靶向花青素生物合成基因的MYB TF）上游导致白色果实，而存在一个solo-LTR则可以部分恢复红色果实表型。在玫瑰中，有证据表明TEs调控花色素沉着，例如在RcMYB114启动子中的一个TE样插入（名为Rosa1）改变了花瓣颜色。这些例子表明，TE插入不仅调节特化代谢途径，而且以组织偏好性的方式影响花和果实的表型性状。
**4. VOCs生物合成的转录后调控**
对植物发育和代谢至关重要的TF家族，包括SPL、MYB、WRKY、GRF和APETALA2（AP2），通常受到保守的微小RNA（micro RNAs, miRNAs）的靶向。miRNAs是小型（20-24 bp）非编码RNA分子，通过与靶标信使RNA（messenger RNAs, mRNAs）中的互补序列结合来调控基因表达，导致其降解或翻译抑制。miRNAs在转录后水平调控VOCs生物合成的作用已有文献记载。例如，在广藿香（Pogostemon cablin）和拟南芥中，miR156抑制SPL TFs，后者对倍半萜烯生物合成的时空调控至关重要，从而减少倍半萜烯的产生。在牡丹（Paeonia lactiflora）中，对转录组、小RNA和降解组（degradome）的整合分析鉴定了可能间接调控单萜类化合物生物合成的miRNAs，它们靶向与TPSs和CYPs共表达的TFs，如AP2、TCP、SPL和MYB。然而，这些发现尚未得到功能验证。长链非编码RNA（long non-coding RNAs, lncRNAs）是另一类转录后调控结构，影响mRNA的剪接、稳定性、翻译或抑制miRNAs的活性，从而阻止mRNA降解。与miRNAs不同，它们更大（>200 bp），并与更大的分子（如蛋白质）相互作用。LncRNAs还可以通过染色质重塑、TF招募或对邻近基因的顺式作用（cis-acting effects）来发挥转录调控因子的功能。在植物中，新兴研究强调了它们作为转录沉默调控因子以及拟南芥开花时间表观遗传控制关键角色的作用。在肉桂（Cinnamomum burmannii）中，使用相关性分析，预测了12个lncRNAs调控与倍半萜烯和单萜烯生物合成相关的基因，但未进行功能验证。在茉莉花（Jasminum sambac）中，利用链特异性RNA-Seq鉴定了花蕾和盛花期的lncRNAs。鉴定出2752个差异表达的lncRNAs，预测它们调控8002个蛋白编码基因，特别是萜类和苯丙烷类/苯甲酸类生物合成途径中的蛋白质。通过顺式和反式靶标预测推断了调控相互作用，揭示了许多lncRNAs与其靶标表现出相反的表达模式，暗示其潜在的抑制作用。通过qRT-PCR证实了lncRNAs的表达模式与花VOCs的积累一致，并鉴定了与α-法呢烯、芳樟醇和苯甲酸苄酯调控相关的特定顺式作用lncRNA。总之，这些近期工作强调了一个事实：对VOCs生物合成基因转录后调控重要性的理解仍处于初级阶段。
**5. 染色质和基因组组织的影响**
**5.1. 表观遗传学与VOCs转录调控**
表观遗传调控涉及可遗传但可逆的修饰，如DNA甲基化（DNA methylation）、组蛋白修饰（histone modifications）和染色质重塑（chromatin remodelling），这些修饰在不改变DNA序列的情况下精细调节转录。调控序列的染色质可及性（chromatin accessibility）是控制DNA被调控蛋白结合能力的重要因素。因此，活跃的调控序列缺乏核小体（nucleosomes）并具有特定的染色质特征，使得DNA更容易被TFs结合到CREs上，从而促进基因表达。相反，抑制性标记使染色质凝集并限制转录机器的接近。组蛋白乙酰化标记如H3K9ac和H3K27ac通常与转录激活相关，而激活性甲基化（如H3K4me3，在启动子区域）标记活跃转录的基因座。相反，抑制性修饰包括H3K9me2和H3K27me3，促进异染色质化或Polycomb介导的沉默。
表观遗传标记和染色质可及性参与细胞类型身份特化和分化，但也直接参与控制VOCs生物合成基因的转录状态。例如，在大麻（Cannabis sativa）的腺毛（glandular trichomes）中，特化代谢基因簇在单萜烯合酶编码基因的启动子处呈现转录活性的组蛋白标记，如H3K4me3和H3K56ac。此外，H3K27ac的富集与同一基因座的增强子活性相关。相反，这些基因簇在叶片和茎中的转录被H3K27me3沉积主动抑制。非挥发性特化代谢物的生物合成也可以依赖于组蛋白变体（histone variants）的差异使用。例如，在拟南芥中，参与 thiomanerol 和 marneral 生产的基因簇在根中的特异性表达与组蛋白变体H2A.Z的存在相关，而这些基因簇在叶片中的沉默则依赖于H3K27me3沉积和Polycomb抑制。最后，DNA印记（DNA imprinting）——通过向胞嘧啶添加甲基——可能参与VOCs生物合成的调控。例如，在梅花（Prunus mume）中，参与花香的生物合成基因启动子中的CHH（H = A、T或C）序列的DNA甲基化状态在花朵发育阶段发生显著变化，但需要进一步研究来确认高甲基化DNA水平是否与较低的基因表达相关。在桂花花瓣中，全基因组甲基化测序和ATAC-Seq用于表征甲基化景观和染色质可及性。这些分析显示，产生大量芳樟醇的品种具有更开放的染色质，且芳樟醇合酶基因TPS2的启动子中没有甲基化DNA，而无芳樟醇的品种在同一基因组区域具有高CG、CHG和CHH甲基化比例。
虽然涉及花香生物合成的基因转录可以通过不同类型的表观遗传修饰在相对稳定的时空模式下被调控，但几项研究表明这些修饰可以是高度动态的并受外部因素影响。例如，在矮牵牛中，近期研究表明，每日的染色质修饰驱动了VOCs代谢的昼夜振荡。苯丙氨酸衍生VOCs的生物合成基因及其调控TFs（如ODO1）表现出强烈的昼夜表达节律，这与其基因座上动态的组蛋白乙酰化周期密切相关，导致其表达水平波动。相比之下，具有适度昼夜表达变化的VOCs基因则维持稳定的组蛋白乙酰化水平。此外，抑制组蛋白乙酰化显著降低了强振荡基因的表达，突显了染色质修饰在调控其节律性活动中的关键作用。在番茄的冷胁迫实验中，参与VOCs生物合成的酶的转录本及其调控TFs的表达减少，同时基因启动子的甲基化状态发生显著变化。总体而言，表观遗传标记在调控VOCs产生方面发挥着关键作用，既在整个发育过程中和细胞类型分化期间稳定调控，也能动态调控，使基因组能够根据外部因素快速调整响应。
**5.2. 增强子介导的长程转录调控**
距离其调控基因较远（数十kb）的远端CREs被称为增强子（enhancers）或沉默子（silencers），分别促进或沉默基因表达。增强子和沉默子可以存在于基因间区和基因内区。它们含有TF结合位点，并通过长程染色质环（long range chromatin looping）与启动子相互作用参与靶基因的转录调控。增强子无论其相对于靶基因的方向如何，都被证明可以促进基因表达。尽管被认为是基因表达和表型多样性的关键驱动因素，但在植物中很少有增强子被鉴定和验证。大多数植物增强子已在拟南芥中表征，涉及发育过程和昼夜节律的调控。最近基于DNase-Seq的研究通过鉴定超过1200个具有花组织特异性开放染色质特征的内含子增强子扩展了这一图景。此外，功能实验与CRISPR缺失相结合表明，这些元件精细调控发育和组织特异性基因表达，而不是充当简单的开/关开关。在大麻中，在毛状体特异性参与萜类代谢的基因附近的基因间位点检测到了H3K56ac标记（活性增强子的典型特征）。因此，这些区域被提议在87对可能的相互作用对中发挥增强子作用，包括关键的TPSs，尽管尚无功能验证。目前，增强子在植物VOCs生物合成基因调控中的作用在很大程度上尚未探索。
**5.3. 基因重复与基因簇形成**
基因重复（gene duplication）是一个增加基因拷贝数、基因剂量（gene dosage），并促进基因亚功能化（sub-functionalisation）和新功能化（neo-functionalisation）的进化过程。值得注意的是，重复基因的启动子可以分别进化为在不同的细胞类型或条件下活跃，从而增加原始基因功能的转录多样性。基因重复在植物特化代谢相关基因中反复发生。基因重复通常导致基因簇（gene clusters）的形成，其中包含多个串联排列的基因拷贝，可能还有其他非同源基因，但参与相同的生物合成途径或其调控。这种组织结构便于通过表观遗传重塑和染色质构象对基因簇进行协调的转录调控。基因的物理成簇和新功能化可以通过逆转录转座（retrotransposition）、重组和基因组重排等不同机制产生。
与非挥发性萜类代谢相关的生物合成基因簇（biosynthetic gene clusters, BGCs），且在特定组织或条件下特异性表达的，已在不同植物物种中被鉴定。在水稻中，利用不同物种的比较基因组学鉴定出一个负责二萜类植物抗毒素（diterpenoid phytoalexins）生物合成的BGC，揭示了谱系特异性的重排、拷贝变异和基因组结构差异。一种bZIP TF Os
