本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室趙劍課題組在國際期刊《植物生物技術(shù)》發(fā)表題為《CsMYB184調(diào)控茶樹咖啡堿合成分子機制》的研究論文，系統(tǒng)研究了MYB184調(diào)控茶樹咖啡堿合成的分子機制。

 

　　嘌呤生物堿廣泛存在于自然界多種植物中。植物嘌呤堿的種類較多，均來源于黃嘌呤核苷酸。該類化合物的營養(yǎng)價值和藥理作用復(fù)雜多樣，已有多種化合物被開發(fā)為食品添加劑或臨床藥物。其中咖啡堿（Caffeine，1,3,7-三甲基黃嘌呤）是具有強興奮神經(jīng)作用的、應(yīng)用最為廣泛的植物類嘌呤生物堿?？Х葔A被譽為現(xiàn)代軟飲料文化的核心，世界三大無酒精飲料茶、咖啡和可可的流行均得益于咖啡堿的存在。

 

　　咖啡堿是茶樹特征性化合物之一，不僅對茶樹逆境脅迫響應(yīng)以及生殖生長具有重要作用，而且對茶葉品質(zhì)形成至關(guān)重要。在茶樹以及其他含咖啡堿的系統(tǒng)進化相差較遠的多種植物中咖啡堿代謝途徑已經(jīng)基本清楚，其合成途徑和酶/基因呈現(xiàn)獨立、趨同進化特征。然而其合成調(diào)控機制還不清楚。

 

　　咖啡堿生物合成途徑的核心部分為黃嘌呤核苷（xanthosine）經(jīng)3步甲基化和1步核苷水解作用最終生成咖啡堿。在茶樹基因組中，至少有11個N-methyltransferase（NMT）基因參與這三步甲基化過程。其中茶咖啡堿合成酶1（TCS1）在幼嫩葉片中高表達來催化最后一步由可可堿的1-N位甲基化反應(yīng)而合成咖啡堿。 TCS1是咖啡堿合成的限速酶基因。本研究通過WGCNA、TCS1啟動子激活篩選等，在茶樹基因組中篩選到一個調(diào)控咖啡堿合成的R2R3 MYB類轉(zhuǎn)錄因子MYB184。MYB184能直接結(jié)合并激活TCS1啟動子。茶樹體內(nèi)實驗進一步證明該基因能直接調(diào)控TCS1基因表達以及咖啡堿合成?，F(xiàn)代栽培茶樹（包括大葉種和小葉種）中TCS1表達和咖啡堿積累雖然有差異，但多數(shù)不特別大，而且可可堿含量一般很低。

 

　　可可茶（Camellia ptilophylla）是一種天然咖啡堿合成缺陷突變體，屬于一種茶樹近緣種。前期研究表明可可茶中TCS1序列變異可能導(dǎo)致了可可堿無法轉(zhuǎn)化成咖啡堿。本研究通過大量轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，可可茶中TCS1基因的表達顯著低于常規(guī)栽培品種，這說明 TCS1表達水平變異也是可可茶中咖啡堿含量低的因素之一。比較可可茶和現(xiàn)代栽培茶樹的TCS1啟動子，并沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的MYB結(jié)合位點變異，因此推測TCS1基因表達下調(diào)可能是由于上游轉(zhuǎn)錄因子基因MYB184表達水平降低導(dǎo)致。對MYB184啟動子序列分析發(fā)現(xiàn)，可可茶的MYB184基因啟動子區(qū)有一個437-bp的LTR轉(zhuǎn)座子插入，可能導(dǎo)致可可茶 MYB184的表達水平顯著低于栽培茶樹。此外，還發(fā)現(xiàn)在其它茶樹野生近源種中，咖啡堿含量、TCS1和MYB184表達水平都顯著低于現(xiàn)代栽培茶樹，暗示了MYB184表達變異可能是茶樹從野生近源種到栽培茶樹進化過程中咖啡堿含量升高的原因之一，但具體分子機制還需要進一步研究。

 

　　茶與食品科技學(xué)院李鵬輝副教授為第一作者，趙劍教授為通訊作者。童偉副教授、山東臨沂大學(xué)王樹才教授、德國馬克思普朗克分子植物生理研究所Alisdair R. Fernie教授等參與了研究。此研究受國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、我校神農(nóng)學(xué)者人才計劃等資助。

 

　　文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13814