茶树酚类物质合成相关多基因家族表达模式及功能分析

茶树酚类物质生物合成网络途径具有复杂的分子调控模式。但目前已经克隆登录的茶树酚类物质合成相关基因较少。本申请项目的前期研究表明，对这些已知基因表达差异的分析，不足以解释茶树酚类物质合成的复杂性；同时也发现茶树中许多酚类物质合成相关基因是以多基因家族形式存在的。本项目将利用NCBI blast工具，从茶树转录组和基因组数据库中，通过比对筛选相关多基因家族候选EST或ORF序列；克隆基因全长；分析基因的生物学信息；利用qRT-PCR技术，研究相关基因的表达模式与茶树各种酚类物质合成代谢间的相关性，从中筛选出与茶树各种酚类物质合成代谢有关的关键基因；通过原核及真核体内过量表达和RNAi干扰，验证基因的功能。以上工作对于探明茶树酚类物质生物合成网络途径及其复杂的分子调控机制，并进一步开展茶树酚类物质合成的基因工程，具有理论意义和应用价值。

根据项目任务书中研究内容，本项目开展了以下工作:①首先利用生物信息学手段，对NCBI和本课题组茶树转录组数据库中，与茶树酚类物质合成相关的结构基因和MYB、bHLH、WD40等转录因子和调控蛋白等基因进行了筛选、分类、命名和基序预测等工作，并从中筛选到63个与茶树酚类物质合成相关的结构基因和一些转录因子及调控蛋白基因。②利用RACE技术，克隆了上述结构基因和转录因子及调控蛋白基因(大多数基因正在进行功能分析，因此暂时没有登录)；③利用qRT-PCR检测和转录组测序及代谢组测试等手段，系统研究了上述基因在茶树不同器官之间、叶片不同发育时期、环境因子诱导的表达模式与茶树酚类物质合成与积累的相关性。④利用原核表达、酵母真核表达体系、烟草和拟南芥转基因体系，验证了绝大多数结构基因和5个转录因子的功能. .上述研究结果表明，①在茶树酚类物质合成相关的苯丙烷途径和类黄酮生物合成途径上，结构基因大多数是以多基因家族形式（大于2）存在的，并具有相应的转录因子对它们分别调控。②反向遗传学手段明确，绝大多数茶树酚类物质生物合成多基因家族基因具有相应的功能，但是这些基因表达的体外蛋白具有不同的酶学性质。③酚类物质代谢图谱和基因表达图谱相关性研究表明，茶树酚类物质的合成与积累具有组织器官和发育特异性，其中结构基因和转录因子基因可以分成C1 组（在根中高表达）和 C2组（地上部分高表达），其中C2-2-1 和C2-2-2-1分支可能与叶片发育特异性相关。苯丙烷途径和类黄酮生物合成途径的结构基因对环境因子具有分别的响应机理。.本项目完成了项目任务书预定的研究内容，明确了绝大多数茶树酚类物质合成多基因家族基因的功能，并表明茶树酚类物质合成具有多样性和复杂性，初步揭示了茶树酚类生物合成网络途径及其复杂的分子调控机制。.本项目达到了项目立项的研究目标。本项目实施过程中，培养博士3名、硕士8名。在国外期刊上发表7篇文章，国内期刊发表13 篇，授权专利3项,申请专利5项。参加国际学术会议5次。