·文章摘要·
代謝物尤其是次生代謝物對茶樹的適應性和茶葉產品的品質有著重要的影響。本研究重點分析了茶樹新梢代謝產物在不同季節間的變化規律及其在轉錄水准上的調控機制。基於超高效液相色譜-四極杆-離子阱質譜聯用技術分析了10份茶種質春、夏、秋3個季節新梢的代謝物特徵，並結合轉錄組重點聚焦到苯丙素/類黃酮途徑的代謝產物及其關鍵基因。研究表明，茶樹新梢中的代謝產物以黃酮、胺基酸、有機酸和生物鹼為主，其種類和含量因季節不同具有明顯差异。類黃酮途徑大多數關鍵基因及其下游代謝產物的含量在春季最低，但兒茶素品質指數在春季最高。本研究還進一步通過構建代謝物相關網絡和基因共表達網絡分析探討了代謝產物間的調控關係。
關鍵字：收穫季節，代謝物，茶梢，轉錄組學，非靶向代謝組學
·文章亮點·
1.構建了收穫期茶樹新梢的代謝譜。
2.鑒定到不同季節的特徵代謝物。
3.篩選獲得類黃酮代謝關鍵基因。
4.探究了主要化合物之間的調控關係。
Graphical abstract
研究背景：探究不同季節茶樹新梢代謝物的重要性
不同季節茶樹新梢中的代謝物，尤其是次級代謝產物，與茶樹的環境適應性和茶葉品質息息相關。然而，現有關於茶樹新梢代謝物隨季節變化的研究主要集中在成品茶或者某幾個茶樹品種，很難全面反映茶樹在轉錄和代謝水准上對氣候變化的響應機制。囙此，本文探究了江南茶區10份茶樹資源的新梢在3個不同季節的基因轉錄水准和代謝物含量差异。該研究有助於茶鮮葉原料的選擇，以滿足不同人群、不同茶類的加工和茶葉功能產品開發的需求，並揭示茶樹重要次級代謝物如類黃酮代謝在轉錄水准上的調控規律。
不同季節代謝物的變異概況
本研究共檢測了春、夏、秋三個季節90個茶樣的100種特徵代謝物。如圖1所示，PCA和PLS-DA都說明春、夏、秋三個季節的茶樹新梢的代謝物有顯著差异。比較類黃酮代謝通路中主要代謝物含量和基因表達量在3個季節中的差异，該通路中的大部分下游代謝物含量在春季相對較低，說明在夏季的高溫和强光下大部分類黃酮物質的生物合成比較活躍。
Fig. 1三個季節茶樹樣品代謝物的多變數統計分析。（a）PCA評分圖；（b）PLS-DA評分圖；（c）PLS-DA模型的十倍交叉驗證。
不同季節兒茶素品質指數的變異
兒茶素品質指數是衡量茶樹新梢中兒茶素水准變異的質量指數。如圖2所示，大部分茶樹品種春季的兒茶素品質指數顯著高於夏季和秋季。
Fig. 2三個季節（a）不同品種兒茶素品質指數和（b）兒茶素品質指數平均值
代謝調控網絡分析
根據PCC構建代謝相關網絡以探究代謝物之間的關係，共有284對代謝物的PCC> 0.6（p< 0.05）。如圖3a所示，苯甲酸位於網絡的中心。將代謝組與轉錄組數據相結合，進一步探究調控類黃酮代謝基因的相互關係，如圖3b所示，TEA003334、TEA026406和TEA000421很可能通過調控MYB-bHLH-WD40轉錄複合體調控類黃酮代謝結構基因的轉錄水准。
Fig. 3（a）代謝物相關網絡；（b）類黃酮代謝相關基因的共表達網絡
結論
該研究測定了江南茶區春、夏、秋三季茶樹新梢的主要代謝物，並比較了三個季節基因表達量的差异。多元統計分析表明茶樹新梢代謝物隨季節的變化顯著。類黃酮代謝通路中的大部分下游代謝物如兒茶素類及其衍生物的含量在春季最低，而兒茶素品質指數在春季最高。代謝相關網絡和加權基因共表達網絡表明類黃酮的生物合成是茶樹次級代謝中的重要通路，其中TEA003334、TEA026406和TEA000421的功能有待進一步研究。
原文刊載於【農業科學與工程前沿】公眾號
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