文章速读：

华南农业大学吴健团队通过改造莽草酸途径关键酶OsDHS2，并在水稻胚乳中共表达蔷薇来源的PAAS和番茄来源的PAR，构建了以苯丙氨酸为前体的2-苯乙醇合成通路，使籽粒产生玫瑰香气。转基因籽粒的可溶性蛋白含量近乎翻倍，维生素B6含量提高，但也出现了垩白增加和千粒重下降。多组学分析揭示了通路重构对籽粒代谢的广泛影响，为水稻新香型创制及营养组成改良提供了研究依据。

正文导读：

传统香稻的香气主要来自2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP），香气类型相对单一。近日，华南农业大学吴健课题组在《Plant Biotechnology Journal》发表研究论文，通过重构水稻胚乳中的莽草酸途径及其下游代谢通路，创制出具有玫瑰香气的水稻。研究还发现，这一改造在改变香气的同时，也影响了籽粒的营养组成和品质。

增加前体供应，构建玫瑰香气合成通路

2-苯乙醇（2-PE）是一种具有典型玫瑰香气的挥发性物质，其合成所需的苯丙氨酸由莽草酸途径提供。为增加前体供应，研究团队在水稻关键酶OsDHS2中引入G211R/G212S双位点突变，获得突变体mOsDHS2。本氏烟草瞬时表达实验表明，mOsDHS2能够促进苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的积累。在此基础上，研究团队利用胚乳特异性启动子，在水稻胚乳中共表达mOsDHS2、蔷薇来源的苯乙醛合酶PAAS和番茄来源的苯乙醛还原酶PAR，构建了由苯丙氨酸经苯乙醛合成2-PE的代谢通路。两个水稻遗传背景的转基因籽粒均积累了2-PE，并呈现出玫瑰香气。灌浆期检测显示，2-PE含量在花后20天达到峰值，最高为2014 μg/kg。

香气改变的同时，籽粒营养组成也发生变化

成熟籽粒代谢组分析发现，两个遗传背景中有358种代谢物的含量均发生了变化，涉及芳香族氨基酸和维生素B6等代谢通路。进一步检测表明，转基因籽粒的可溶性蛋白含量近乎翻倍，维生素B6含量也有所提高。此外，代谢组分析还发现，磷酸吡哆醛等维生素B6活性辅酶形式的积累增加。这些结果说明，香气通路重构的影响并不限于2-PE合成，还涉及籽粒中的其他代谢过程。

多组学分析揭示灌浆期的代谢变化

研究团队对花后10、20和30天的籽粒进行了转录组与代谢组分析。结果显示，差异表达基因数量在早期最多，随后逐渐减少，而差异代谢物数量则逐渐增加，说明基因表达变化与代谢物积累在时间上并不同步。加权基因共表达网络分析进一步筛选出与目标代谢物相关的基因模块，其中的基因涉及氨基酸代谢和辅因子合成。结合代表性基因的表达验证结果，研究团队提出，灌浆早期的转录调整可能为后续代谢物积累创造条件。这一解释为理解引入的代谢通路如何与籽粒发育过程相协调提供了线索。

从增强天然香气到创造新香型

从将经典香味物质2-AP的含量提高至浓香型品种的约5倍，到在水稻中构建全新的玫瑰香气合成通路，吴健课题组将水稻香气设计从原有香气的“增强”拓展到新香型的“创造”。目前，玫瑰香水稻仍存在垩白增加、千粒重下降等问题，需要进一步改良。相关研究为利用基因编辑、合成生物学和精准育种协调香气、营养与产量提供了基础。未来，团队将继续探索利用水稻生产高价值生物产品的潜力，创制兼具优良品质、丰富营养和特色香气的新型水稻种质。

作者与项目资助

华南农业大学农学院研究生崔晓青、姚文豪、杨洪林和已出站博士后欧阳宁为论文第一作者，徐梦云博士和吴健教授为通讯作者。秦一飞、李成轩、朱柏熹和汪文毅副教授参与了研究工作。感谢唐湘如教授和祝钦龙教授的支持。本研究得到珠江人才计划项目（2023ZT10N019）、未来作物精准育种基础研究卓越中心（FCBRCE-202506）、广东省自然科学基金（2025A1515012347）以及岭南现代农业科学与技术广东省实验室项目（NT2021001、NG2021004）的支持。

论文信息：

Metabolic Rewiring of the Shikimate Pathway Enables Rose-Scented Rice

Xiaoqing Cui, Wenhao Yao, Honglin Yang, Yangning Ou, Keyi Chen, Yifei Qin, Chengxuan Li, Boxi Zhu, Wenyi Wang, Jiayang Li, Mengyun Xu*, Jian Wu*

Plant Biotechnology Journal

DOI:10.1111/pbi.70743

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.70743

期刊简介：

Plant Biotechnology Journal (PBJ) 由 Wiley 与英国实验生物学学会（SEB）及应用生物学家学会（AAB）联合出版，聚焦应用植物科学与分子植物科学前沿，发表植物生物技术领域知名学者的原创研究与深度综述，尤其关注高影响力研究成果和分子机制与实际应用，是植物生物技术领域的重要国际学术交流平台。

2025 JIF：12.8 ｜ CiteScore：15.2

https://onlinelibrary.wiley.com/journal/14677652

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