茶树酚类物质生物合成分支途径调控的分子机理

The accumulation modes of different tea polyphenols synthesized from branch pathways under different varieties, spatio-temporal and inducible expressions will be tentatively established by UPLC-3Q-MS/MS technology. These functional genes,transcription factor,microRNA and their target genes related to tea polyphenols biosynthesis will be screened out from the constructed genome and transcriptome database as well as by small RNA solexa. The expression patterns of those genes from different varieties, spatio-temporal and inducible expressions will be set up via qRT-PCR or tag solexa for mapping gene-expression profiles. Then the regulatory networks of tea polyphenols biosynthesis can be preliminarily constructed based on the correlation analysis between the metabolic pathways and gene expression profiles. To verify the functions of functional genes or microRNAs at the key branch nodes of the regulatory networks of tea polyphenols biosynthesis, their response modes under the different environmental factors or different precursor conditions will be investigated by tea tissue culture or seedling culture. The regulatory networks between constructed products and genes, genes and genes, microRNA and genes are going to preliminarily demonstrated. The relationships among key branch nodes of regulatory networks could be further explained in vivo or in vitro by using prokaryotic expression system, enzyme assay and transgenic technology. Our objective aims to investigate the molecular regulation on the branch networks of tea polyphenols biosynthesis.

本课题拟利用LC-MS/MS技术，建立茶树酚类物质种质资源、时空分布和诱导积累的代谢图谱；利用基因组、转录组和small RNA测序数据，寻找茶树酚类物质合成相关结构基因和转录因子、microRNA和microRNA靶基因；利用qRT-PCR或tag测序技术，构建上述相关基因种质资源、时空表达和诱导表达的特异性图谱；对代谢图谱和基因表达图谱进行关联分析，初步构建酚类物质合成代谢调控网络；利用茶树组织培养或幼苗培养平台，研究不同环境因子诱导或不同前体饲喂条件下，酚类物质分支途径关键节点的响应模式，初步验证构建的产物与基因、基因与基因之间、microRNA与基因之间的调控网络；通过原核表达、酶活测定及转基因手段，对关键节点的基因或microRNA的功能进行研究，进一步验证网络中各节点之间的调控关系。本课题旨在探寻茶树酚类物质生物合成分支途径调控的分子机理，揭示茶树酚类物质合成代谢的调控网络

本项目首先利用LC-MS/MS技术，完善了茶树酚类物质的检测手段，建立了茶树酚类物质合成及代谢网络的靶向代谢组学检测技术，并检测了茶树酚类物质种质资源、时空分布和诱导积累的代谢图谱。其次，筛选了调控茶树酚类物质合成代谢网络的主要影响因子，从众多环境因子筛选中，发现蔗糖处理对茶树酚类物质积累有积极的影响。第三，利用转录组和miRNA测序技术，对蔗糖处理的茶样进行转录组和miRN表达差异分析，寻找到了调控茶树酚类物质合成的MYB转录因子、GST转运蛋白、UGT糖苷转移酶、几个特殊的microRNA和LncRNA及其它们的靶基因。第四，利用生物信息学技术，基于茶树基因组测序数据和转录组测序数据，对参与茶树酚类物质合成途径的基因进行了系统分析，筛选出 36条结构基因的转录本，基于表达差异，建立了茶树酚类物质合成代谢的基因网络图谱；最后，利用反向遗传学手段，对茶树酚类物质合成代谢调控网络图谱上的36条转录本、主要的转录因子、转运蛋白、microRNA和LncRNA基因的功能逐个进行了验证。本项目初步探明了茶树酚类物质生物合成分支途径调控的分子机理,揭示了茶树酚类物质合成代谢的调控网络,明确了控制茶树酚类物质生物合成分支途径的关键基因，揭示了茶树酚类物质合成代谢调控网络图谱。本项目研究结果，为后续的茶树基因组学和蛋白组学研究、茶树次生代谢功能基因发掘和相关生物合成分子机制研究、分子标记发掘和优良种质资源开发提供了大量数据和优质资源的支撑。本项目发表论文19篇,获得3项专利;参加4次国际学术会议并做3次大会报告；培养了12名研究生和4名青年教师。