花香被譽為花卉的靈魂，具有重要的觀賞、生態和經濟價值。隨著生活水平的提升和消費觀念的改變，人們已不能滿足于常見精油種類，一直在探索具多功能新型天然植物精油新原料。此外，市場對于“玫瑰精油”的認識大多停留在“經典玫瑰香”，而中國特有香水月季的“茶香”鮮有人知。19世紀初，中國云南特有的香水月季與歐洲薔薇搭建起薔薇屬香味交流的橋梁，造就了重要現代月季種群——雜交茶香月季。大花香水月季是香水月季類群中的重要親本，是提供茶香性狀的祖先物種。
9月30日， Nature Communications在線發表了園林學院月季育種團隊題為《Multi-omics analyzes of Rosa gigantea illuminate tea scent biosynthesis and release mechanisms》的研究文章。該文章報道了中國古老月季大花香水月季T2T基因組，解析了大花香水月季茶香合成-釋放的組織特異性和晝夜節律，提出了月季茶香特異性合成調控網絡，為明確中國古老茶香月季在現代月季發展中的地位并找回中國月季獨特花香提供了新的視角。
研究構建了大花香水月季完整端粒到端粒基因組，通過與薔薇屬其他物種進行比較基因組和系統發育分析發現物種間特異性基因家族種類多，結構變異類型多，發現了大花香水月季基因組的獨特屬性。高質量參考基因組為構建泛薔薇屬基因組提供了完整骨架，加速推進月季研究進入泛基因組時代。
圖1:大花香水月季T2T基因組及著絲粒和端粒的鑒定
圖2: 薔薇科的進化與比較基因組分析
研究通過感官評價和VOCs測定，確定了大花香水月季的主要香氣成分。時序基因共表達網絡分析發現，苯類/苯丙類揮發性有機化合物合成途徑上的基因和有機揮發物對其濃郁甜香起主要調控作用。MYB和bHLH可能是調控丁香酚合成酶（EGS）和異丁香酚合成酶（IGS）合成進而影響花香的重要轉錄因子。進一步研究發現，大花香水月季花瓣、雄蕊、雌蕊為主要釋香部位，主要致香組分丁香酚、異丁香酚和甲基丁香酚分別特異性積累在雄蕊、花瓣和雌蕊中。得到的組織特異性合成調控網絡，為進一步研究植物是如何通過高度特化的C6-C3苯丙素產生花香揮發物從而吸引傳粉者提供了新線索。
圖3: 大花香水月季花香釋放機制以及香葉醇的高度組織特異性
圖4：月季花香VOCs和TO-GCN的晝夜節律
研究從感官-花香成分-基因表達-同源基因數量和結構等多水平聯合解析了大花香水月季與微香型‘月月粉’之間的差異。進一步研究發現，中國月季特有的“茶元素”3,5 -二甲氧基甲苯，僅在大花香水月季中高含量分布，而‘月月粉’具有高含量結構類似物1,3,5-三甲氧基苯。比較基因組結果顯示，兩種中國月季中，發揮作用的OOMT基因數量也有所差異。研究結果為下一步研究薔薇屬茶香特異性合成機制奠定了理論基礎。
圖5: 月季不同花期揮發性有機化合物釋放與時序基因共表達網絡
研究全面解析了大花香水月季基因組，構建了大花香水月季不同組織、不同開花階段和不同時間的香氣圖譜和遺傳信息數據庫，揭示了茶香的關鍵致香組分及其關鍵基因的合成調控網絡，為茶香月季的保護和研究提供重要的遺傳資源，為解析形成薔薇屬獨特花香的遺傳和變異機制奠定理論基礎，為進一步提升月季的芳香品質，助力我國花卉分子育種和定向改良提質增效提供了技術支撐。
圖6：月季花香馴化歷史與展望
北京林業大學園林學院在讀博士研究生周利君為論文的第一作者。于超教授、羅樂教授、張啟翔教授和東北師范大學高翔教授為論文的通訊作者。昆明楊月季有限責任公司楊玉勇董事長為本試驗提供了寶貴的材料支持。于超教授課題組在讀研究生吳思惠、陳沄毅、黃潤環、程璧瑄、毛晴怡、劉庭函、劉雨晨參與了部分試驗以及論文的撰寫。園林學院潘會堂教授、福建師范大學趙凱老師為本研究提供了重要幫助。本研究得到了中央高校基本科研業務費專項資金（QNTD202306）、國家重點研發計劃（2019YFD1000400）和國家自然科學基金項目（32071818）等項目資助。
