重要茶香物质芳樟醇生物合成和糖基化修饰的机理

Linalool is a monoterpene crucial for characteristic aroma quality for different teas (Camellia sinensis), especially for those fermented and semi-fermented teas due to its pleasant scent and high odor activity and different aromatic derivatives. Accumulation of glycosidically bound linalool in fresh leaves is the basis of the free and aromatic compound present in processed teas. However, the mechanisms underlying linalool biosynthesis and glycosylation in tea plants have to learn for tea aroma quality enhancement. Previously in the lab of this applicant, full length of three linalool synthase genes (CsLIS1-3) were cloned, one of which was proved to produced volatile linalool in heterologous expression analyses and methyl jasmonic acid inducible. Moreover, partial sequences of potential regulatory genes for CsLISs and seven glycosyltransferease genes homologous to the ones that catalyze glycosylation of several low terpenes were also obtained from tea plants. In the proposed studies, by using forward and reverse genetics approaches such as stress induction and transient co-expression of a pair of related genes, as well as digital gene expression profiling and metabolite quantification, the key genes for linalool biosynthesis and glycosylation in the tea leaves should be identified and characterized. The regulation mechanisms of CsLISs transcription should be studied upon different stresses and hormonal treatments. Better understanding of mechanisms for accumulation of glycosidically bound linalool in tea leaves should be achieved and novel approaches for tea aroma enhancement might be developed. This proposed study will push our insight further on the biosynthesis and glycosylation of the aromatic terpenols similar to linalool in teas and have a great impact on the enhancement of tea aroma quality.

芳樟醇香气好、活性高、衍生的赋香物质多，是红茶和乌龙茶的关键呈香物质。成品茶中芳樟醇主要来源于茶鲜叶中积累的糖苷态芳樟醇。但其在茶树中生物合成和糖基化的机制尚待阐明。此前，本课题组已克隆三个茶鲜叶芳樟醇合成酶基因CsLIS-1，-2，和-3，其中CsLIS-1异体表达后能催化芳樟醇的释放，并受茉莉酸诱导。另获得多个疑似该基因调控基因和芳樟醇糖基转移酶基因的序列信息。拟采用逆境胁迫和基因叠加共表达等正、反向遗传学手段，结合基因表达谱和代谢产物分析，研究茶树芳樟醇合成和糖基化关键基因及其调控基因的功能，明确这些基因在不同逆境胁迫和信号物质处理下的反应，进而阐明糖苷态芳樟醇合成机理，寻求增进糖苷态芳樟醇积累的新途径。本研究将推进萜类茶香同系物的生物合成及其糖基化机理的认识，为高香茶叶的生产提供基础理论和技术支持。

本研究按照原计划采用了UV-B、干旱等多种逆境胁迫和基因叠加共表达等正、反向遗传学手段，结合基因表达谱和代谢产物分析，着重研究了茶树芳樟醇合成和糖基化关键基因的生物学功能，明确这些基因在不同逆境胁迫和信号物质处理下的反应，进而阐明茶树芳樟醇生物合成机理。 我们的研究还发现，茶树CsLIS/NES基因通过转录后的加工剪切， 分别催化生成芳樟醇和橙花叔醇的全长和断头两个转录本，二者时空表达有所不同，对茉莉酸甲酯的诱导反应也有显著差异。这一研究结果首次揭示了茶树芳樟醇生物合成过程中，基因可变剪切的参与及其精细调控。这一工作与此前报道的植物基因可变剪切转录本产物多无蛋白活性的结果不同，具有重要理论和实用价值。. 此外，本研究还细致地研究了绿茶萜类香气化学谱与基因表达谱的关系， 探索了绿茶香气品质形成过程中茶树种质与加工工艺对关键呈香物质变化的影响，比较了黄化茶与普通绿茶在风味化学上的异同，为茶叶香气品质的提升提供了理论基础。对黄化茶品种“郁金香”叶色变化机理的研究结果表明，其叶绿体蛋白复合体P3基因在转录过程中发生的内含子保留，致使终止子提前，进而使该蛋白氨基端缺失188氨基酸。这一变化可能是该品种叶色变化的原因。为探明茶树香叶醇生物合成的分子机理，我们克隆了茶树核苷水解酶基因 CsNUDX1， 研究了该基因在茶树中的功能。. 本项目还针对茶树遗传转化困难的这一研究瓶颈， 研究了茶树多酚化合物在农杆菌介导的基因转化中的可能作用，通过在植物培养基中添加适当的抗氧化剂或酶学抑制剂（如苯丙氨酸氨裂解酶竞争抑制剂氨基茚磷酸）以抑制外植体的褐变，提高转基因发根的效率。此外， 我们综合上述研究结果，初步创立了茶树转基因发根体系。. 本项目已发表11篇研究论文，其中8 篇Sci论文，4篇为SCI JRC一区，一篇为Plant Cell Environment， 影响因在 6.2分， 另有3篇处于审稿阶段， 3篇正在撰写。此外，获得授权专利一项，进入实审阶段的专利申请2项。本项目还培养博士后一名，博士研究生6名（其中已毕业2名）；硕士研究生10 名（已毕业5名）。