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植物挥发性成分组成复杂,主要由萜类化合物及其衍生物构成。萜类物质的合成和释放对植物在进化过程中适应复杂多变的环境具有重要的意义。在挥发性萜类物质的生物合成过程中,萜类合酶(terpene snythases,TPS)起到至关重要的作用。它们可以催化香叶基二磷酸(geranyl diphoshate,GPP)、法尼基二磷酸(farnesyl diphoshate,FPP)、香叶基香叶基二磷酸(geranylgeranyl diphoshate,GGPP)等底物,生成种类丰富的萜类化合物。目前,对于植物TPS基因家族及萜类物质代谢的研究主要集中在双子叶模式植物以及部分重要的农作物上,而对揭示进化过程中TPS基因功能多样性有重要作用的单子叶植物却研究较少。香雪兰(Freesia hybrida)属鸢尾科香雪兰属,是重要的单子叶园艺花卉。其花香浓郁,馥郁芬芳,花期较长,是研究植物挥发性萜类物质代谢的优良材料。本研究基于香雪兰常见栽培种(Red River?)转录组数据,利用RACE-PCR技术成功从中克隆得到一个萜类合酶基因FhTPS4,cDNA全长为1701 bp,编码566个氨基酸。生物信息学分析表明,其氨基酸序列具有萜类合酶家族典型的DDXXD和NSE/DET保守结构域。进化树分析发现,FhTPS4聚类于TPS-g亚家族。TPS-g亚家族的TPS多具有双功能的萜类合酶催化性质,既能催化GPP合成单萜物质,又能催化FPP合成倍半萜物质。研究表明,TPS-g亚家族的TPS多数定位于叶绿体,本研究通过原生质体瞬时转染技术证明FhTPS4也定位于叶绿体中,暗示其参与了控制单萜物质合成的质体代谢途径(MEP pathway)。此外,体外酶活实验结果显示FhTPS4可催化GPP和FPP底物分别生成沉香醇和橙花叔醇,即FhTPS4同时具有单萜合酶和倍半萜合酶两种功能。为了进一步探究FhTPS4在香雪兰植物体内的功能,通过Real-time PCR分析FhTPS4基因时空表达模式,结合前期对香雪兰花朵挥发性成分分析证明,香雪兰体内FhTPS4的功能是催化花托和花萼中沉香醇的合成。