1区Top│郑州果树所：不同香气特征葡萄品种的代谢组、转录组和分子感官分析揭示了葡萄中荔枝状香气的化学和感知机制

导读

 

葡萄中荔枝样香气是一种具有巨大市场潜力的独特果实性状，但其化学成分和分子基础尚不清楚。本研究采用整合多组学和感官策略，阐明了其化学基础、感知机制和生物合成调控。代谢组学分析鉴定出顺式玫瑰醚和香茅醇是赋予荔枝香气的关键挥发性物质。食用葡萄过程中的脑电图（EEG）显示，嗅觉-味觉整合相关的神经活动激活，凸显了跨模态感知在风味体验中的作用。模型溶液实验和分子对接表明，这些挥发性物质可能通过调节味觉受体-配体相互作用来增强甜味和酸味。代谢组学和转录组学联合分析揭示了糖-酸-萜类代谢网络，并鉴定出Vitvi037507是参与顺式玫瑰醚和香茅醇生物合成的候选基因。总的来说，本项工作阐明了葡萄中荔枝状香气的化学和感知机制，为风味化学提供了见解，并为育种和代谢工程奠定了基础。
 

论文ID

 

原名：Elucidating the chemical and perceptual basis of lychee-like aroma in grapes through multi-omics and molecular sensory analyses

译名：多组学和分子感官分析阐明葡萄中荔枝状香气的化学和感知基础

期刊：Food Chemistry

IF：10.4

发表时间：2026.6

通讯作者：刘崇怀、孙磊

通讯作者单位：中国农业科学院郑州果树研究所

DOI号：10.1016/j.foodchem.2026.149941

 

实验设计

 

结果和讨论

 

1 五种葡萄品种的电子鼻分析

本研究选取了五种具有不同香气特征的葡萄品种‘Wagamichi’（WGM）、‘Korean Kyoho’（KK）、‘Molixiang’（MLX）、‘Rola’（RL）和‘Muscat Hamburg’（MH），利用电子鼻对其香气特征进行了比较分析（图1A）。研究者使用配备十个金属氧化物气体传感器的电子鼻分析了葡萄汁的挥发性化合物谱，每个传感器对不同的气体具有特定的灵敏度（表S1）。不同品种的传感器响应存在显著差异，其中W5S的差异最为显著。MLX的响应值最高，而WGM的响应值最低（图1B）。主成分分析（PCA）（图1C）表明，PC1和PC2共同解释了99.9%的总方差，有效地区分了这五种葡萄品种的香气特征。传感器W5S、W2S、W1S和W2W对样品区分的贡献最大，这与之前在葡萄香气研究中的发现一致。

图1. 五种葡萄品种的电子鼻分析。(A)五种葡萄品种的形态特征。(B)电子鼻传感器对葡萄汁挥发性成分的响应雷达图。(C)五种葡萄品种电子鼻数据的PCA分析。(D)基于电子鼻数据的七种机器学习算法的分类性能。(E)训练集准确率。(D)测试集准确率。

为了进一步提高分类准确率，研究者对总共450个有效的电子鼻样本应用了七种机器学习分类算法。数据集被随机分为70%用于训练，30%用于独立测试。研究者使用准确率、精确率、召回率、F1分数和AUC等多个指标对模型性能进行了综合评估（图1D、E，表1）。KNN、RF、XGBoost、LR和LGBM模型在训练集和测试集上的所有评估指标均达到了满分1.00。尽管这些模型展现出了极高的判别准确率，但如此理想的所有指标表现可能意味着存在过拟合的潜在风险。相比之下，SVM模型表现出最稳健和均衡的性能，在训练集和测试集上均取得了较高的准确率、精确率、召回率、F1分数和AUC值，且均未达到绝对值1，表明其具有更好的泛化能力。这项基于多项指标的综合评估与之前的研究结果一致，进一步证实了机器学习算法在基于电子鼻的水果香气分类中的有效性和可靠性。这些发现表明，电子鼻与机器学习的结合能够高效区分五种葡萄品种之间的香气差异，其中支持向量机（SVM）模型是最可靠且通用性最强的方法。

表1.七种机器学习算法对电子鼻数据的分类性能（多指标评估）。

注：ACC：准确率；AUC：曲线下面积；召回率：正确识别的正样本比例；F1分数：精确率和召回率的调和平均值。研究者使用多种指标来综合评估机器学习模型的分类性能。RF：随机森林；SVM：支持向量机；XGBoost：极端梯度提升；LR：逻辑回归；ANN：人工神经网络；KNN：K近邻算法；LGBM：轻量级梯度提升机。

 

2 对五个品种的代谢组学分析表明，顺式玫瑰醚和香茅醇是荔枝状香气的关键决定因素

本研究采用高效液相色谱（HPLC）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术测定了五种葡萄品种的可溶性糖、有机酸和挥发性香气成分，并应用多元统计分析揭示了它们风味特征的差异。研究者检测到两种糖（葡萄糖和果糖）和三种有机酸（酒石酸、苹果酸和柠檬酸）。糖酸数据的主成分分析（PCA）（图2A）显示，PC1和PC2共同解释了96.81%的总方差，能够清晰地区分五种葡萄品种，且具有良好的重复性。热图（图2B）表明，RL和MH的葡萄糖和果糖含量较高，而WGM和MLX的酒石酸含量较高。MLX的苹果酸含量最高，RL和MH的柠檬酸含量也较高。这些成分差异表明，RL和MH的甜味感知可能主要源于己糖积累增加，而MLX中较高的酒石酸和苹果酸含量则更可能导致其酸味。这种糖酸比的品种差异与之前在葡萄浆果中的研究结果一致，并且已知会显著影响消费者对整体风味品质的偏好。

图2. 五种葡萄品种的风味特征。(A)可溶性糖和有机酸的主成分分析(PCA)。(B)可溶性糖和有机酸分布的热图。(C)五种葡萄品种中挥发性化合物的分类。(D)挥发性化合物的主成分分析(PCA)。(E)五种葡萄品种中挥发性化合物的组成。(F)挥发性化合物的层次聚类热图。(G)维恩图，显示RL与其他品种相比的差异挥发性化合物。(H)不同葡萄品种中顺式玫瑰醚的定量分析。(I)不同葡萄品种中香茅醇的定量分析。

研究者在五个品种中共鉴定出79种挥发性化合物，包括萜烯类化合物（27种）、醇类化合物（13种）、醛类化合物（12种）、酯类化合物（11种）、C6化合物（7种）、呋喃类化合物（3种）、酸类化合物（2种）、酮类化合物（2种）和C13-降异戊二烯类化合物（2种）（图2C）。基于挥发性成分谱的主成分分析（PCA）能够有效区分不同品种，其中MLX和MH与其他三个品种的差异最大（图2D）。定量分析（图2E）表明，C6化合物是葡萄中的主要挥发性成分，赋予葡萄青草、清新和草本的香气，在某些情况下还带有果香或花香。它们还可以作为酯类、萜烯类和其他香气化合物合成的前体。在WGM和KK品种中，C6化合物占总挥发性成分的95%以上，是主要的香气成分。在MLX品种中，除C6化合物外，萜烯类化合物（18%）和酯类化合物（9%）的含量也显著较高。萜烯类化合物赋予葡萄花香特征，而酯类化合物则带来果香，这或许可以解释该品种复杂的风味特征。RL和MH品种中萜烯类化合物的比例较高，与其显著的花香特征相符，表明萜烯类化合物是葡萄花香的关键贡献组分。层级热图（图2F）进一步展示了不同品种间各种挥发性化合物丰度的差异。研究者利用维恩图（图2G）分析了近期培育的具有独特荔枝香气的品种RL与其他四个品种的对比情况，结果表明香茅醇和顺式玫瑰醚在RL中的积累量存在差异。研究者使用标准品（表S2）定量分析了不同葡萄品种中顺式玫瑰醚和香茅醇的含量。结果显示，不同品种间存在显著差异。对于这两种化合物，RL的含量最高，其次是MH，而其他品种的含量均低于检测限（图2H、I）。RL中顺式玫瑰醚和香茅醇的显著积累与其荔枝般的香气特征相符，表明这两种萜烯可能是RL品种独特香气的重要贡献组分。这一发现与荔枝研究结果一致，其中顺式玫瑰醚和香茅醇表现出较高的气味活性值（OAV），并被认为是荔枝特征香气的关键贡献。然而，仅凭代谢物丰度无法确定它们在水果中的实际感知贡献。因此，研究者接下来结合感官分析和脑电图（EEG）分析，以评估这些化合物不仅在RL中化学富集，而且在感知上是否与荔枝样香气和风味体验的形成相关。

3 对‘Rola’浆果的感官特征分析和基于脑电图的神经反应

二十名训练有素的感官评价员对‘Rola’浆果进行了感官特征分析。“甜”是最常被提及的描述词，其次是“花香”、“酸味”、“荔枝味”和“玫瑰味”，表明其感官特征丰富而复杂（图3A）。通过OAV>1对十种候选香气活性化合物进行了初步筛选（表2），并根据其报告的气味特征构建了香气轮（图3B），涵盖了“甜”、“花香”、“荔枝味”、“玫瑰味”、“柠檬味”、“柑橘味”、“青草味”、“蜡质味”和“霉味”等香气，与‘Rola’浆果的整体感官评价相符。在这些候选化合物中，顺式玫瑰醚和香茅醇被进一步进行系统感官评价，以确认它们对葡萄荔枝状香气和风味感知的实际贡献。

图3. ‘Rola’浆果的感官特征、关键香气化合物评价及基于脑电图的神经反应。(A)由训练有素的感官评价小组评价得到的‘Rola’葡萄感官描述词云。(B)基于十种挥发性化合物的感官描述构建的香气轮，其OAV>1。(C)不同浓度下顺式玫瑰醚的香气强度评价。(D)不同浓度下香茅醇的香气强度评价。(E)不同浓度下顺式玫瑰醚和香茅醇混合物的香气强度评价。(F-G)女性(F)和男性(G)受试者品尝浆果前后皮层活动的脑电图地形图。(H-I)女性(H)和男性(I)受试者脑区激活差异热图。

表2.‘Rola’中OAV>1的香气化合物的鉴定。

 

通过感官嗅闻测试，研究者评估了顺式玫瑰醚、香茅醇及其混合物在不同浓度下的香气强度。在高浓度下，顺式玫瑰醚表现出浓郁的“花香”、“荔枝香”和“玫瑰香”，这些香气随着浓度的降低而逐渐减弱（图3C）。香茅醇也呈现类似的趋势，其特征是“柑橘香”、“柠檬香”、“荔枝香”和“蜡香”，这些香气在低浓度下也逐渐减弱（图3D）。混合物在高浓度下表现出浓郁而复杂的香气特征，同时呈现出两种化合物的特征（图3E）。即使香气强度随着浓度的降低而减弱，混合物在相同浓度下始终优于任何单一化合物，表明二者可能存在叠加或协同效应。顺式玫瑰醚和香茅醇的二元混合物在所有测试浓度下均表现出超加和性香气强度，且在低浓度下协同效应更为显著，这对于‘Rola’葡萄荔枝香气的感知具有重要的生理意义。‘Rola’葡萄果实中顺式玫瑰醚和香茅醇的天然浓度接近本实验中的低浓度梯度，它们的协同作用有效降低了荔枝香气的嗅觉感知阈值，从而解释了‘Rola’葡萄独特且持久的荔枝香气。

脑电图（EEG）分析评估了受试者对葡萄品尝的皮层反应，结果显示，男性和女性受试者在品尝前后均存在显著差异（图3F、G）。在这项样本量较小的初步分析中，女性受试者在多个皮层区域表现出相对更强的振幅变化，表明其神经反应可能比男性更为显著。这些性别差异初步揭示了女性对味觉感知更为敏感的趋势，这与先前关于味觉相关感觉处理过程中皮层激活增强的证据相符。

研究者进一步生成了水果品尝前后大脑区域的差异热图。结果显示，无论男女，品尝水果后所有大脑区域的电位值均较品尝前有不同程度的升高（图3H、I）。其中，下顶叶皮层（IPC）和下颞叶皮层（ITC）是味觉和嗅觉多模态感觉整合的关键区域。IPC的激活可能反映了大脑在处理嗅觉和味觉之间的跨模态交互作用中的作用，从而增强对复杂风味的整体感知。另一方面，ITC主要参与物体识别、语义联想和跨模态处理，其激活通常与气味-语义联想相关。与男性相比，女性的IPC和ITC均表现出更高的激活水平，这一初步观察结果表明，女性在风味整合过程中可能参与了更复杂的感官处理。这种增强的激活可能促进气味与特定食物或愉悦体验之间形成强烈的关联，从而强化对香气的主观感知。这些发现表明嗅觉和味觉之间存在紧密的神经连接，共同塑造了对复杂风味体验的感知。本项初步的脑电图研究为消费者如何感知食物的复杂风味特征提供了宝贵的探索性见解，并为开发和改进具有更强感官吸引力的食品提供了信息。因此，需要开展更大规模、更均衡的队列研究来验证这些初步观察结果。此外，本项工作缺乏直接的实验证据，将‘Rola’葡萄的特定化学成分（顺式玫瑰醚和香茅醇）与观察到的IPC/ITC活化模式联系起来，这是后续有针对性的实验需要解决的一个关键限制。

4 顺式玫瑰醚和香茅醇对甜味和酸味的增强作用：模型溶液中的感官评价和风味相互作用

感官分析和脑电图分析表明，顺式玫瑰醚和香茅醇与荔枝般的香气在感知上相关，并且嗅觉和味觉可能在葡萄风味感知过程中相互作用。然而，这些结果并未直接证明这两种挥发性物质是否能够调节甜味和酸味的感知。因此，研究者接下来使用模型溶液实验在受控条件下测试了它们的跨模态效应。

研究者通过比较使用和不使用鼻夹时的评分（图4A），评估了鼻后嗅觉对甜味和酸味的贡献。不使用鼻夹时，香气强度增加了20.6倍，而感知到的甜味和酸味分别增加了40%和150%，表明‘Rola’的香气增强了味觉感知。研究者进一步研究了两种关键挥发性成分（顺式玫瑰醚和香茅醇）的跨模态效应（图4B）。在低果糖浓度下，通过鼻腔嗅闻这两种化合物均未改变甜味感知，但在中高浓度下则显著增强了甜味感知（图4C）。在茶叶中也报道了类似的效应，例如，(E)-β-大马士酮和芳樟醇等化合物能够引起类似甜味的感知，并显著增强蔗糖的甜味。同样，在‘阳山水蜜桃’中，多种香气化合物被证实能增强蔗糖的甜度，进一步证明了香气化合物可以调节甜味感知。在本研究中，顺式玫瑰醚和香茅醇也显著增强了所有酒石酸浓度下的酸味感知，且在高浓度下增强效果最为显著（图4D）。除了在酒精饮料中观察到的香气-酸度相互作用的有限证据之外，挥发性物质对酸味感知的影响鲜有研究。本研究结果通过证明特定的萜烯类化合物可以增强葡萄的酸味感知，从而拓展了这一认知。

图4. 主要香气活性化合物对感知甜度和酸度强度的影响。(A)鼻后嗅觉感知对香气、甜度和酸度强度的贡献（有鼻夹和无鼻夹两种情况下）。(B)不同浓度下顺式玫瑰醚和香茅醇对甜度和酸度感知的感官评价流程图。(C)顺式玫瑰醚和香茅醇对感知甜度强度的影响。(D)顺式玫瑰醚和香茅醇对感知酸度强度的影响。(E)顺式玫瑰醚与果糖和酒石酸的感官交互作用图。(F)香茅醇与果糖和酒石酸的感官交互作用图。

感官交互作用图显示，顺式玫瑰醚和香茅醇与果糖和酒石酸组合使用时，均对甜味和酸味感知产生显著的协同效应。对于顺式玫瑰醚，甜味和酸味的感知强度均位于协同效应区，其中酸味的增强作用略强于甜味（图4E）。同样，香茅醇也对这两种属性产生了协同增强作用，且对酸味的增强作用更为显著（图4F）。该结果进一步证实，顺式玫瑰醚和香茅醇除了作为关键的香气活性化合物外，还可以通过跨模态交互作用调节味觉感知，从而增强果糖和酒石酸的感官影响。嗅觉和味觉途径的这种双重作用可能有助于优化香气和味道之间的平衡，最终改善葡萄浆果的整体风味特征和消费者接受度。

5 分子对接提供了受体水平的见解，揭示了顺式玫瑰醚和香茅醇增强甜味和酸味的跨模态相互作用

为了从分子水平阐明感官评价和脑电图（EEG）结果，并探索顺式玫瑰醚和香茅醇增强甜味和酸味感知的潜在机制，研究者进行了分子对接分析。该方法为解释感官评价中观察到的感知模式提供了一种可能的机制基础。研究者将葡萄中已鉴定的可溶性糖、有机酸和特征性香气化合物与人类甜味受体（T1R2、T1R3）、酸味受体（OTOP1）以及多种嗅觉受体进行对接。

果糖和葡萄糖与甜味受体T1R2和T1R3的六个结合位点的分子对接热图显示，果糖的结合亲和力强于葡萄糖（图5A），表明其具有更高的甜味感知潜力。在有机酸中，酒石酸与酸味受体OTOP1的结合能最低，表明其结合稳定性更高（图5B）。为了进行挥发性化合物与嗅觉受体的分子对接（图5C），研究者选择了25种研究广泛的人类嗅觉受体，使其与来自不同葡萄品种的五种特征性挥发性物质相互作用。与其他挥发性化合物相比，顺式玫瑰醚与25个受体中的22个表现出较低的结合能，表明其具有更强、更广泛的结合能力，这可能解释了其非常低的嗅觉阈值。

图5. 可溶性糖、有机酸和香气活性化合物与人类味觉和嗅觉受体的分子对接分析，提示可能存在的跨模态相互作用。(A)D-葡萄糖和D-果糖与甜味受体T1R2和T1R3的对接热图和结合模式。(B)酒石酸、苹果酸和柠檬酸与酸味受体OTOP1的对接热图和结合模式。(C)五种特征性香气化合物与25种人类嗅觉受体的对接热图和结合模式。(D)顺式玫瑰醚和香茅醇对D-果糖与甜味受体复合物T1R2/T1R3结合亲和力的影响。(E)顺式玫瑰醚和香茅醇对酒石酸与酸味受体OTOP1结合亲和力的影响。

研究者对甜味增强机制的进一步分析（图5D）表明，果糖与T1R2/T1R3受体复合物的结合能为-7.172kcal/mol。在顺式玫瑰醚存在下，该结合能增强至-11.944kcal/mol；在香茅醇存在下，该结合能增强至-10.739kcal/mol。这些结果表明，这两种挥发性物质均能促进果糖与受体的结合，其中顺式玫瑰醚的作用略强。在甜橙中也报道了类似的结果，例如(E)-柠檬醛和(E)-β-法尼烯等化合物能显著增强蔗糖的感知甜度。分子对接进一步揭示，这些挥发性物质通过氢键、水桥和疏水相互作用稳定了蔗糖与T1R2/T1R3受体复合物之间的相互作用。

此外，酒石酸与酸味受体OTOP1的结合能为−4.782kcal/mol（图5E）。引入顺式玫瑰醚或香茅醇后，结合能分别增强至−8.768kcal/mol和−8.063kcal/mol，表明这两种挥发性物质也能在受体水平上增强酸味感知。酸度是影响葡萄酒和果汁饮料风味品质的最重要感官属性之一。其风味的复杂性主要归因于有机酸和挥发性化合物之间的动态相互作用。这些相互作用发生在物理化学、嗅觉受体和神经层面，可能增强或抑制感官知觉，从而影响产品的整体品质。

为了进一步阐明三元复合物的空间兼容性和对接参数，研究者进行了补充分析。分子对接结果表明，顺式玫瑰醚、香茅醇及其相应的味觉分子可以结合到各自受体的同一功能区域，且不存在明显的空间位阻或结构冲突。具体而言，AutoDockVina中使用的Gridbox中心坐标（Å）如下：T1R2位点2（对应图5D的对接位点）为(27.3,17.0,-33.8)；OTOP1（对应图5E的对接位点）为(125.0,35.0,35.0)。研究者从三元复合物模型（图5D、E）中可视化，这三个组分形成稳定的结合模式，香气化合物和味道分子之间的最短原子间距离超过了传统的范德华相互作用距离（>0.4nm），证实它们可以共存并在同一功能区域内协同结合。

与感官评价结果一致，本研究结果进一步加深了对风味复杂性源于挥发性化合物和非挥发性化合物之间复杂相互作用的理解。具体而言，本研究结果表明，萜烯类化合物顺式玫瑰醚和香茅醇不仅直接赋予葡萄荔枝般的香气，还可能通过假定的受体水平机制调节甜度和酸度的感知。这种双重作用为挥发性成分与味觉的相互作用如何增强感官知觉提供了一种合理的机制解释，并提示了优化风味平衡和提高消费者对葡萄及其衍生产品的接受度的潜在应用。在确定了顺式玫瑰醚和香茅醇可能的感知相关性和假定的受体水平作用后，研究者接下来探究了为什么这两种挥发性物质会特异性地在RL葡萄中积累，以及哪些代谢和转录因子可能参与了它们的形成。

6 代谢组学和转录组学整合揭示了可溶性糖、有机酸和萜类化合物的调控网络以及葡萄中荔枝状香气的生物合成

为了进一步揭示RL独特化学成分的遗传基础，研究者对五个葡萄品种进行了代谢组学和转录组学整合分析。在进行功能网络分析之前，研究者对转录组数据进行了质量评估和差异基因筛选，以确保后续分析的可靠性。转录组数据的PCA分析（图6A）显示，每个品种的生物学重复样本紧密聚集在一起，而五个葡萄品种之间则明显分离。该结果表明转录组测序数据具有良好的重复性，且具有不同风味特征的品种间存在显著的转录组差异，为后续的差异基因分析和调控网络挖掘奠定了坚实的基础。

图6.葡萄荔枝样香气生物合成相关基因的代谢组学和转录组学整合分析。(A)五个葡萄品种转录组数据的PCA分析。(B)相对于其他四个品种，‘Rola’品种中上调基因的Venn图分析。(C)92个共同上调基因的KEGG富集分析。(D)葡萄中可溶性糖、有机酸和萜类化合物生物合成的代谢途径。(E)代谢物、结构基因和转录因子的共表达网络。(F)与顺式玫瑰醚和香茅醇生物合成相关的共表达网络。

为了鉴定与RL荔枝香气特征密切相关的关键基因，研究者进一步分析了RL与其他四个品种相比的上调基因，并使用维恩图（图6B）可视化了重叠上调基因的数量。维恩图分析显示，RL相对于其他每个品种都具有大量独特的上调基因，并且在重叠区域中鉴定出92个共同的上调基因。这92个基因被认为是与RL荔枝香气形成及其独特代谢特征相关的核心候选基因，因为它们在RL中相对于其他非荔枝香气品种的持续上调表明它们可能在调控RL独特的代谢谱中发挥功能作用。为了探究这92个共同上调基因的生物学功能，研究者进行了京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析（图6C）。富集分析结果表明，这些基因显著富集于与葡萄风味形成密切相关的代谢途径，包括可溶性糖代谢、有机酸代谢和萜类化合物生物合成，这表明RL中这些基因的特异性上调有助于调节糖、酸和萜类化合物的代谢，而这三种代谢过程是葡萄风味和荔枝状香气生物合成的基础。

基于KEGG富集分析结果，研究者对RL葡萄中可溶性糖、有机酸和异戊二烯生物合成的关键代谢通路进行了全面分析（图6D），系统地绘制了这些通路中的关键结构基因、代谢通量和通路间连接。与其他一些水果不同，代谢谱分析表明蔗糖并未在葡萄浆果中积累。相反，叶片中通过卡尔文循环合成的蔗糖经韧皮部运输至浆果，并被蔗糖合成酶（SUS）和中性转化酶（NINV）迅速水解为等摩尔量的葡萄糖和果糖。葡萄糖和果糖水平的升高不仅赋予葡萄甜味，而且也是有机酸代谢和萜类化合物生物合成的前体。表达分析显示，各品种中SUS和NINV的转录水平始终较高。在糖酵解过程中，葡萄糖和果糖分别由己糖激酶（HK）和果糖激酶（FRK）磷酸化。糖酵解基因（如HK、FRK、磷酸果糖激酶（PFK）和丙酮酸激酶（PK））的表达差异表明糖酵解通量分配可能存在变异，从而影响糖酸平衡和挥发性化合物的形成。

葡萄中的主要有机酸是酒石酸，它由葡萄糖经由抗坏血酸途径合成。在浆果早期发育阶段，酒石酸的产量丰富，并维持在稳定水平，代谢降解不明显，从而确保了其对葡萄酸度的持续贡献。相比之下，柠檬酸和苹果酸是三羧酸循环（TCA循环）的两种关键中间体，它们的合成受苹果酸脱氢酶（MDH）、柠檬酸合酶（CS）和乌头酸酶（ACO）等基因的调控。这些有机酸不仅调节浆果的酸度，还影响香气前体的可用性以及挥发性萜类化合物的pH依赖性释放。

萜类化合物的生物合成由质体甲基赤藓醇磷酸（MEP）途径和胞质甲羟戊酸（MVA）途径共同介导。这些途径产生前体化合物香叶基焦磷酸（GPP）和法尼基焦磷酸（FPP）。1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶（DXS）和甲羟戊酸二磷酸脱羧酶（MVD）等酶以及多种萜烯合酶（TPS）家族成员均高表达。TPS基因，特别是TPS-b/g，表现出组织特异性表达模式，直接影响单萜和倍半萜的生物合成。通过差异表达分析，研究者进一步鉴定出三个TPS基因，它们被认为是与单萜生物合成密切相关的候选基因。

本研究构建了一个整合代谢物、结构基因和转录因子的共表达网络（图6E）。结果发现，果糖/葡萄糖含量与PK和DXS的表达之间存在显著的正相关性（r > 0.9），表明糖代谢可能通过调节糖酵解通量间接促进单萜的生成。这一结果与先前在葡萄浆果中的研究结果一致，即外源蔗糖处理显著诱导了香叶醇和香叶酸等单萜的积累，并伴有大规模的转录重编程和萜类代谢相关基因模块的高表达。网络分析还突显了糖、有机酸和萜类代谢之间的广泛重叠，强调了可溶性糖作为中心碳源的作用。糖类通过糖酵解和三羧酸循环为有机酸提供底物，并通过异戊二烯途径为萜类前体提供碳骨架。

研究者对萜类化合物调控网络的进一步分析突显了TPS家族成员Vitvi037507，该基因被认为是与顺式玫瑰醚和香茅醇生物合成密切相关的关键候选基因（图6F）。共表达分析显示，Vitvi037507与两个转录因子Vitvi017760（Trihelix）和Vitvi015895（NF-Y）之间存在显著的正相关性，表明其可能具有转录激活作用。先前的研究表明，Trihelix和NF-Y转录因子参与植物的胁迫响应和次生代谢，它们在萜类化合物调控中的作用也逐渐被人们所认识。相反，Vitvi061008（MYB）则表现出负相关性，提示其可能发挥抑制性调控作用。这种负相关性与某些MYB家族成员作为特殊代谢的负调节因子以维持代谢平衡的报道一致。

总之，本研究整合代谢组学和转录组学分析将顺式玫瑰醚和香茅醇置于更广泛的糖-酸-萜类化合物调控框架中，从而扩展了先前的化学和感知研究结果。共表达结果表明，RL特有的荔枝状香气并非孤立的代谢现象，而是与中心碳代谢、萜类生物合成和转录调控的协同作用相关。特别是，Vitvi037507的鉴定为前述章节中提到的两种关键挥发性物质的选择性积累提供了一个合理的分子联系。然而，本研究存在一些局限性。需要利用香气重组实验进一步验证所鉴定的挥发性物质对荔枝状香气的贡献。基于分子对接的解释也需要受体水平的验证。此外，Vitvi037507在顺式玫瑰醚和香茅醇生物合成中的作用仍需通过功能实验进行验证。尽管存在这些局限性，但本研究为理解葡萄中荔枝状香气的化学基础、感知机制和分子调控提供了重要的基础。

结论

 

本研究系统地阐明了葡萄荔枝香气的化学基础、感知机制和分子调控网络。顺式玫瑰醚和香茅醇不仅构成了葡萄荔枝香气的特征，而且通过跨模态神经感知增强了甜度和酸度。分子对接的理论预测表明，这些挥发性化合物可能增强味觉受体与其配体之间的结合亲和力，为香气诱导的味觉增强提供了一种潜在的机制解释。整合代谢组学和转录组学分析进一步揭示，可溶性糖和有机酸调节甜酸平衡，并作为萜类化合物生物合成的前体。此外，Vitvi037507被鉴定为与顺式玫瑰醚和香茅醇生物合成相关的候选结构基因，该基因与三个转录因子共表达。总的来说，本项工作加深了研究者对葡萄风味化学的理解，突出了跨模态感知在塑造风味体验中的作用，并为荔枝风味葡萄品种的定向育种和衍生食品的开发提供了理论基础。