安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示茶樹咖啡堿合成調(diào)控機制

近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室趙劍課題組在國際期刊《植物生物技術(shù)》發(fā)表題為《CsMYB184調(diào)控茶樹咖啡堿合成分子機制》的研究論文，系統(tǒng)研究了MYB184調(diào)控茶樹咖啡堿合成的分子機制。

咖啡堿是具有強興奮神經(jīng)作用的、應(yīng)用最為廣泛的植物類嘌呤生物堿。咖啡堿被譽為現(xiàn)代軟飲料文化的核心，世界三大無酒精飲料茶、咖啡和可可的流行均得益于咖啡堿的存在。

咖啡堿是茶樹特征性化合物之一，不僅對茶樹逆境脅迫響應(yīng)以及生殖生長具有重要作用，而且對茶葉品質(zhì)形成至關(guān)重要。在茶樹基因組中，茶咖啡堿合成酶1（TCS1）在幼嫩葉片中高表達來催化最后一步由可可堿的1-N位甲基化反應(yīng)而合成咖啡堿。 TCS1是咖啡堿合成的限速酶基因?，F(xiàn)代栽培茶樹（包括大葉種和小葉種）中TCS1表達和咖啡堿積累雖然有差異，但多數(shù)不特別大，而且可可堿含量一般很低。

可可茶（Camellia ptilophylla）是一種天然咖啡堿合成缺陷突變體，屬于一種茶樹近緣種。通過大量轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，可可茶中TCS1基因的表達顯著低于常規(guī)栽培品種，這說明 TCS1表達水平變異也是可可茶中咖啡堿含量低的因素之一。比較可可茶和現(xiàn)代栽培茶樹的TCS1啟動子，并沒有發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的MYB結(jié)合位點變異，因此推測TCS1基因表達下調(diào)可能是由于上游轉(zhuǎn)錄因子基因MYB184表達水平降低導(dǎo)致。對MYB184啟動子序列分析發(fā)現(xiàn)，可可茶的MYB184基因啟動子區(qū)有一個437-bp的LTR轉(zhuǎn)座子插入，可能導(dǎo)致可可茶 MYB184的表達水平顯著低于栽培茶樹。此外，還發(fā)現(xiàn)在其他茶樹野生近源種中，咖啡堿含量、TCS1和MYB184表達水平都顯著低于現(xiàn)代栽培茶樹，暗示了MYB184表達變異可能是茶樹從野生近源種到栽培茶樹進化過程中咖啡堿含量升高的原因之一，但具體分子機制還需要進一步研究。