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我校茶学团队发布茶树化学多样性的遗传和代谢全景图
时间:2023-12-08

茶者,南方之嘉木也。作为中国的名片,茶的丰富滋味和优雅香气,吸引了古今中外的无数茶客。茶叶富含多样的次生代谢物,包括类黄酮、生物碱和萜类等,是其香气和滋味的重要物质基础。对茶叶化学成分及其合成通路的解析关乎茶叶品质提升,也是茶学领域的研究热点之一。12月4日,果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、我校亚欧洲高清砖吗砖专区闻玮玮教授课题组联合国内外多家单位在Plant Biotechnology Journal杂志上发表了题为 “Depicting the genetic and metabolic panorama of chemical diversity in the tea plant”的论文,研究结合遗传学、代谢组学和生化分析方法,深入解析了茶树的生化多样性及其遗传基础。

首先,该研究团队开发了茶树大规模靶向代谢物分析方法,在215份多样的茶树资源的两个组织(一芽一叶,第三叶)中测定到2,800多种代谢物,并进一步构建了代谢物同分异构体和修饰网络。研究结果显示,茶叶代谢组中存在大量的酰基化,糖基化和甲基化修饰,以酰基化反应最多,且其中的最大一类为没食子酰化,这与大多数植物的代谢组修饰不同。

其次,该研究揭示了茶树生化成分自然变异的遗传基础。利用大规模代谢物全基因组关联分析(mGWAS),该研究定位到和茶树一芽一叶、三叶中代谢物关联的数千个数量性状位点(mQTL)。对主效QTL和热点区间的深入挖掘结果表明,包含转录因子,转运蛋白和生化反应合成酶等在内的上百个基因在茶叶多样性次生代谢通路中起关键作用;QTL热点区间基因富集于类黄酮的生物合成途径。

最后,该研究探索并验证了茶树类黄酮生物合成的通路。茶叶富含类黄酮化合物,基于代谢物的结构鉴定,代谢网络和遗传分析,候选基因功能验证,该研究结果进一步拓展了茶叶中类黄酮合成通路,且作者以两个糖基转移酶CsUGTa,CsUGTb和一个甲基转移酶CsCCoAOMT的功能分析为例,阐述了代谢大数据的发掘和生物学应用。

这项研究提供了迄今为止最全的多样化的茶叶生化成分研究信息,为茶树品质的遗传改良提供了丰富的资源和工具箱,为进一步探索植物天然代谢物的生物合成奠定了基础。习近平总书记强调要统筹做好茶文化、茶产业、茶科技这篇大文章,在这一论述精神指导下,做好茶叶科技研究对于提升茶叶品质、促进产业可持续发展、传承和创新茶文化、推动产业升级和结构调整、增强国际竞争力以及支撑乡村振兴战略具有重要意义。近年来,在亚欧洲高清砖吗砖专区,果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室和茶学系的支持下,华中农业大学茶学学科青年人才培养力度在不断加强,茶学研究也取得一系列进展,该研究得到了国家重点研发计划(2022YFF1003103)、国家自然科学基金国际合作与交流(3211101118)等项目的资助。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14241

图1. 茶叶中代谢物同分异构体和修饰网络

图2. 茶树中类黄酮生物合成通路

南湖新闻网链接:https://news.hzau.edu.cn/2023/1211/68632.shtml


作者:闻玮玮

审核:王鹏程