摘要
我国野生茶树分布范围广、种质资源丰富。野生大理茶（DL）和四球茶（SQ）在茶组植物系统分类学上都是茶组植物中较原始的种，是研究茶组植物起源、进化的重要材料。本研究通过转录组和代谢组对两种野生茶树进行研究发现大理茶和四球茶在转录水平和代谢水平上的差异主要在于儿茶素的合成，具体研究结论如下： 1. 通过 UPLC-ESI-MS/MS 系统共检测出 1003 个代谢物，以 FC＞2 或 FC＜0.5，VIP＞1为标准共筛选到337个差异代谢物，其中206个上调，131个下调，大多数差异代谢物在SQ中具有较高的表达，少量差异代谢物在DL中具有较高的表达。差异代谢物KEGG富集分析显示次生代谢物合成通路、类黄酮生物合成通路、黄酮和黄酮醇生物合成通路、苯丙烷生物合成通路、精氨酸和脯氨酸代谢通路和咖啡因代谢通路显著富集。 2. 转录组测序数据结果经过比对、组装聚类去冗余后得到 40871 个基因。根据|log2Fold Change|＞1 和 FDR＜0.05 筛选得到差异基因 10371 个，其中有 7667个上调基因，有6304个下调基因。KEGG和GSEA富集分析结果显示差异基因主要富集在萜类骨架生物合成和类黄酮生物合成。联合转录组和代谢组分析发现，大理茶和四球茶的差异在于儿茶素合成通路中儿茶素、表儿茶素、二氢槲皮素、二氢山奈酚、二氢杨梅素、没食子儿茶素的含量变化及其关键调控基因 PAL、F3’H、C4H、CHI、ANR、CHS的表达。 3. 以水稻 ANR 基因作为源序列，通过 Blastp和 HMM 比对搜索，保守结构域验证后获得11个茶树ANR基因。11个ANR基因家族成员的蛋白理化性质存在一定差异，在进化树中与葡萄和猕猴桃的进化关系更为接近。保守结构域包括PLN00198 superfamily、FR_SDR_e 和 NADB_Rossmann_Superfamily。顺式作用元件包含与茶树生长发育相关的玉米醇溶蛋白代谢调控和胚乳表达调控顺式作用元件；与激素响应有关的脱落酸、赤霉素、水杨酸和茉莉酸甲酯顺势作用元件；与胁迫相关的顺势作用元件厌氧诱导、干旱诱导、光响应和低温响应。 4. 分别从勐库大叶种、大理茶和四球茶中提取总 RNA并反转录成 cDNA作为模板进行PCR扩增，得到目的基因的PCR产物大小分别为1116bp、1113bp、1115bp。通过序列比对和保守结构域分析，3个基因均具有显著的PLN00198超级家族，确认为ANR基因并命名为AS-ANR、DL-ANR、SQ-ANR，开放阅读框分别为714bp、1032bp和714bp。3个基因理化性质差异不大，在系统进化树上，与猕猴桃亲缘关系相近，且属于 ANR1 型基因。 本研究综合转录组学和代谢组学研究揭示野生茶树大理茶和四球茶的差异在于儿茶素的合成，筛选出10个差异代谢物和58个差异基因，它们相互作用形成不同类型的儿茶素，其中ANR参与表儿茶素的合成。进一步对ANR进行生物信息学分析，其家族成员参与植物生长发育、激素响应和胁迫响应，并且从不同茶树中克隆出的ANR基因属于ANR1型基因。本研究揭示了大理茶和四球茶两种野生茶树的差异代谢物及其调控基因，为野生茶树的优良种质保存、引种驯化和遗传改良奠定基础。
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