近日，农学院吴健教授团队在《Plant Biotechnology Journal》（中科院一区，影响因子12.8）在线发表了题为“Metabolic Rewiring of the Shikimate Pathway Enables Rose-Scented Rice”的研究论文。该研究通过重构水稻胚乳中的代谢通路，创制出具有玫瑰花香的水稻，并分析了其籽粒营养组成和品质性状的变化。
2-苯乙醇（2-PE）是一种具有典型玫瑰花香的挥发性物质，其合成依赖苯丙氨酸的供应。针对水稻籽粒中前体供应有限的问题，研究团队改造了莽草酸途径关键酶OsDHS2，通过引入反馈抑制不敏感突变，提高芳香族氨基酸的供应；同时，在胚乳中表达来源于蔷薇的苯乙醛合酶基因PAAS和番茄的苯乙醛还原酶基因PAR，建立由苯丙氨酸合成2-PE的通路。通过协同增强前体供应和产物合成，转基因水稻籽粒中的2-PE含量最高达到2014 μg/kg，呈现明显的玫瑰花香。籽粒发育动态分析显示，2-PE在灌浆中期达到较高水平，苯丙氨酸等芳香族氨基酸含量也持续保持较高水平。转录组与代谢组联合分析表明，通路重构伴随着籽粒发育早期的广泛转录变化，以及后续芳香族氨基酸、苯丙氨酸衍生物和维生素B6相关代谢物的积累变化。成熟籽粒的可溶性蛋白含量接近野生型的2倍，多种维生素B6相关代谢物含量有所提高。上述代谢变化也影响了籽粒品质。转基因植株的株高、分蘖数和穗部结构总体上无明显变化，但籽粒表现出粒长增加、千粒重下降和垩白增加。这表明，在获得新香气性状的同时，仍需进一步优化相关基因的表达与调控，兼顾籽粒品质和产量。
从传统香味水稻到新香型水稻的创制
此前，研究团队通过调节P5C代谢通路，将水稻经典香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的含量提高至浓香型水稻品种的约5倍。本研究进一步将香气改良从提高原有香味物质含量拓展到构建新的香气合成通路，为水稻香气性状改良及其与营养、品质性状的协调研究提供了参考。
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共同第一作者，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，唐湘如教授和祝钦龙教授为研究提供了支持。
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）的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70743
文图/农学院
