近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶樹種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用多組學(xué)聯(lián)合分析揭示了茶樹芽葉發(fā)育與品質(zhì)形成調(diào)控機(jī)制，相關(guān)成果以“Integrated single-nucleus transcriptomic and metabolomic insights into bud-to-leaf development and metabolite synthesis in tea plant”為題，在線發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)SCIE1區(qū)Horticulture Research期刊。
該研究發(fā)現(xiàn)，在芽到葉的發(fā)育過程中，細(xì)胞類型比例呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，光合作用相關(guān)細(xì)胞比例隨葉片發(fā)育而逐漸上升，而分生組織細(xì)胞比例相應(yīng)下降，表明發(fā)育進(jìn)程向光合功能傾斜。偽時(shí)間軌跡分析進(jìn)一步識(shí)別出細(xì)胞分化的四個(gè)關(guān)鍵分支點(diǎn)，其中分支點(diǎn)4與葉片發(fā)育相關(guān)基因（如CsNGA、CsHAT2）的上調(diào)密切相關(guān)，推動(dòng)了葉片的形態(tài)建成。
代謝組學(xué)分析揭示了代謝物的階段特異性積累模式，植物激素如生長(zhǎng)素（IAA）、脫落酸（ABA）、茉莉酸（JA）和細(xì)胞分裂素（CK）在芽中含量較高，隨葉片發(fā)育而下降；而赤霉素（GA8）則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。次生代謝物方面，類黃酮（如黃酮醇和兒茶素）在葉片中持續(xù)積累，而茶氨酸等氨基酸則在芽中富集，隨發(fā)育進(jìn)程減少。這些積累模式與代謝物的生物學(xué)功能高度相關(guān)，例如類黃酮增強(qiáng)抗逆性，葉綠素支持光合作用。
此外，研究驗(yàn)證了多個(gè)關(guān)鍵調(diào)控因子的功能，CsmiRNA396b通過靶向CsGRF1/2/3基因，負(fù)調(diào)控葉片大小，擬南芥過表達(dá)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其抑制葉片生長(zhǎng)；CsUGT94P1在體外能夠催化黃酮醇形成黃酮醇糖苷，促進(jìn)黃酮醇糖苷的積累，進(jìn)而影響茶葉的苦澀風(fēng)味；TCP轉(zhuǎn)錄因子CsTCP3與CsTCP14表現(xiàn)出拮抗作用。II類因子CsTCP3隨葉片發(fā)育表達(dá)上升，促進(jìn)類黃酮合成并抑制葉片擴(kuò)展；而I類因子CsTCP14表達(dá)下降，抑制類黃酮積累但促進(jìn)葉生長(zhǎng)。
研究首次從細(xì)胞與分子層面系統(tǒng)闡明了茶樹芽葉發(fā)育的動(dòng)態(tài)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，填補(bǔ)了茶樹細(xì)胞類型特異性代謝調(diào)控的研究空白。
趙學(xué)成助理研究員和在讀碩士徐曉瑩為該論文的第一作者，陳亮研究員和姚明哲研究員為通信作者。研究得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、浙江省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
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