安徽農(nóng)業(yè)大學研究團隊揭示了茶樹大量合成茶氨酸的機理并實現(xiàn)在煙草中高效合成茶氨酸

　　本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室張照亮教授團隊在植物學權威雜志《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表了題為“CsAlaDC and CsTSI work coordinately to determine theanine biosynthesis in tea plants （Camellia sinensis L.） and confer high level of L-theanine accumulation in non-tea plant”的論文，揭示了茶樹大量合成茶氨酸的分子機理，并實現(xiàn)了在不添加直接底物的前提下，在非茶植物煙草中高效合成茶氨酸。

 

　　茶氨酸（L-theanine）是綠茶最重要的品質成分之一。它是茶樹中特異并大量積累的一種非蛋白質氨基酸，其含量可占茶葉總游離氨基酸的70%以上， 賦予茶湯類似味精的鮮爽味。同時，茶氨酸具有鎮(zhèn)靜安神、抗抑郁、提高注意力和學習能力等重要的生理功效。另外，茶氨酸還能中和茶湯的苦澀味，并降低茶葉中高濃度咖啡堿引起的過度興奮效應。因此，茶葉中茶氨酸的含量與綠茶品質高度相關。從茶葉中提取或利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的茶氨酸已經(jīng)被廣泛用作保健品和食品添加劑。但是，人們對茶樹特異地大量合成茶氨酸分子機理的認識還很少。

 

　　茶氨酸主要在茶樹根中合成。本研究中，作者通過分析不同茶樹品種根中茶氨酸含量和其底物（谷氨酸和乙胺）含量的相關性 （圖1A-D），發(fā)現(xiàn)乙胺含量和茶氨酸含量呈高度正相關， 表明乙胺對茶氨酸的積累起到關鍵作用。并發(fā)現(xiàn)合成乙胺的丙氨酸脫羧酶編碼基因CsAlaDC的表達量和乙胺、茶氨酸的含量也呈現(xiàn)高度正相關（圖1E-H），表明CsAlaDC對茶樹大量合成茶氨酸至關重要。值得一提的是，茶氨酸合成酶編碼基因CsTSI的表達與茶氨酸含量不直接相關。

 

　　在模式植物煙草葉片中瞬時表達CsAlaDC，煙草葉片合成了高濃度乙胺（圖2），證明CsAlaDC在植物體內具有合成乙胺的活性。但是在只有大量乙胺合成的條件下，煙草葉片中沒有檢測到明顯的茶氨酸合成。說明只有乙胺存在，不足以大量合成茶氨酸。

 

　　在此基礎上，將茶氨酸合成酶編碼基因CsTSI與CsAlaDC在煙草葉片中共表達，煙草葉片合成了大量的茶氨酸（圖3），煙草葉片茶氨酸含量可達4 mg/g干重，這與茶葉中茶氨酸的含量相當。這一結果表明，CsTSI與CsAlaDC協(xié)同作用決定了茶氨酸的大量合成。

 

　　本研究實現(xiàn)了在不飼喂底物的情況下，在煙草中高效合成茶氨酸。近年來，植物合成生物學日益興起，利用植物生產(chǎn)天然產(chǎn)物成本低，且易于規(guī)?；a(chǎn)。同時，基因瞬時轉化和表達系統(tǒng)提高了生產(chǎn)速度，可在轉化后幾天后內收獲，不受季節(jié)限制，無需長達數(shù)月的生長期，可以大大節(jié)約時間成本，提高生產(chǎn)效率。本研究也為在糧食和蔬菜等農(nóng)作物中合成茶氨酸以提高農(nóng)作物品質和健康功效提供了理論基礎和技術路線。

　　安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室博士生朱碧穎、郭嘉懿和已畢業(yè)碩士董春霞為為論文共同第一作者，張照亮教授為該論文通訊作者。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所鮑時來研究員、美國加州大學戴維斯分校Willam J. Lucas教授也參與了此工作。工作得到了國家自然科學基金（32072624, 31770731），教育部茶樹生物學與品質化學創(chuàng)新引智計劃項目（D20026）和安徽省杰出青年科學基金項目（2008085J18） 的支持。