‘安吉白茶’白化期茶氨酸积累的调控机制研究

Theanine is a unique amino acid in tea and is closely related to the taste of tea. It is also a quality indicator of green tea and has a wide range of pharmacological functions. 'Anji Baicha' is a natural mutant tea plant (Camellia sinensis) with a specific albino phenomenon in their shoots in the spring. At that time, the content of theanine increased greatly. Thus 'Anji baicha' is the suitable material for the study of regulatory mechanisms on theanine accumulation. Until now, there is no systematic research on the differentially expressed genes in theanine metabolic pathways at the albescent process for 'Anji baicha', which hampered revealing of theanine metabolic regulation molecular mechanisms. This project aims at mining the limiting steps on the theanine metabolic pathways and revealing the positively and negatively correlative genes and intermediate metabolites with theanine accumulation via transcriptome and metabolome analysis on the pre-albinistic stage, the albinistic stage and the regreening stage of 'Anji baicha'. By these results, we will reveal the mechanism on the accumulation of theanine at the albinistic stage. This project will lay the molecular basis for increase the content of theanine in tea and tea breeding and has important theory significance and application value.

茶氨酸是茶树中特有的一种氨基酸，与茶叶的滋味关系密切，是衡量绿茶品质的重要指标，并且具有多种保健功能。‘安吉白茶’是茶树中的一个特异品种，其特异性表现在春季新梢叶色的白化现象，此时茶树中的茶氨酸含量大幅增加，因而‘安吉白茶’是研究茶氨酸积累调控机制的适宜材料。目前尚未对‘安吉白茶’白化过程中的茶氨酸代谢途径差异表达基因进行系统研究，阻碍了茶氨酸代谢调控分子机制的揭示。本项目拟对白化前期、白化期和复绿后的‘安吉白茶’叶片进行转录组和代谢组分析，解析茶氨酸代谢途径中的关键步骤，挖掘茶氨酸积累的正负调控基因和促进茶氨酸合成的中间代谢产物，揭示‘安吉白茶’白化期茶氨酸积累的调控机制。本项目为提高茶树中茶氨酸的含量和茶树育种奠定分子基础，具有重要的理论意义和应用价值。

茶氨酸是茶树中特有的一种氨基酸，与茶叶的滋味关系密切，是衡量绿茶品质的重要指标，对人体具有多种保健功能。‘安吉白茶’是茶树中的一个特异品种，在春季其新梢叶色出现可逆的白化现象，此时包括茶氨酸在内的游离氨基酸含量大幅度增加。为了深入了解‘安吉白茶’白化的分子机制和白化期茶氨酸积累的调控机制。本项目对‘安吉白茶’返白前期、白化期和复绿后进行了转录组和代谢组分析。发现叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素等主要色素含量的变化是茶树叶片白化的主要原因。叶绿素a和叶绿素b在黄绿期、白化前期和白化后期叶片中的含量比绿期显著降低。牛儿基牻牛儿基二磷酸还原酶和叶绿素b还原酶等基因在不同叶色时期表达差异显著，这些基因的差异表达影响了叶绿素的合成。β-胡萝卜素的含量在白化期显著增加，而在绿期和黄绿期显著降低。参与类胡萝卜素生物合成的基因表达从黄绿期到绿期表达逐渐上调。番茄红素β-环化酶等基因在不同叶色时期的差异表达影响了类胡萝卜素的合成。通过代谢组分析，挖掘得到了‘安吉白茶’白化期与绿期的差异代谢产物，发现在白化期，柠檬酸循环、光合生物的碳固定和苯丙烷生物合成等代谢途径发生了显著变化。这些代谢途径的变化使得茶树叶片中氨基酸、糖、脂肪酸、有机酸和他们的衍生物的含量发生了显著改变。参与茶氨酸合成的代谢物，除了乙胺外，其他氨基酸包括谷氨酰胺、谷氨酸和丙氨酸的浓度在白化期显著升高。这些代谢产物的变化，促进了茶氨酸在白化期的合成。此外，本研究还挖掘得到了‘安吉白茶’白化期与绿期的差异表达基因，白化期表达上调的基因主要参与光合作用、类胡萝卜素的生物合成、氮代谢、磷酸戊糖途径和硫代谢，这些基因的高表达，促进了茶氨酸在白化期的积累。本研究通过挖掘促进茶氨酸合成的基因和代谢产物，初步阐明了‘安吉白茶’白化期茶氨酸积累的调控机制，为提高茶树中茶氨酸的含量和茶树育种奠定分子基础，具有重要的理论意义和应用价值。