摘要
茶(Camellia sinensis)是世界上最常消费的天然饮料，由常绿多年生植物茶树的嫩叶和嫩芽制成，其富含次生代谢物，特别是儿茶素和花青素，这些物质共同决定了茶叶丰富的风味和对健康的益处。光是植物重要的能量来源，也是调节茶树多种次生代谢物生物合成和累积的关键外部因素。发光二极管 (LED) 最近被认为是植物工厂中用于促进植物生长和次生代谢积累的一种有效的人工光源。目前次级代谢（儿茶素和花青素）路径已基本确定，但茶树在蓝光和红光下的生长和次生代谢的基因表达研究还没有明确报道。本研究旨在评估在不同类型LED光照下茶树中与次生代谢物积累以及生长相关的基因表达。本研究以不同茶树栽培品种‘中茗6号（ZM6）’和‘龙井43（LJ43）’为研究材料，研究茶树生长和次生代谢；以拟南芥过表达为研究材料，验证茶树中与植物生长及次生代谢物积累有关的BAHD酰基转移酶基因（TEA031065）的功能。采用高效液相色谱(HPLC)、实时定量 PCR (qRT-PCR)和60CRT 双波长双束 Prove UV-2550 分光光度计探究基因功能和次生代谢物积累。主要结论如下: ZM6是一种富含TGGP（1, 2, 6-tri-O-galloyl-β-D-glucopyranose）的绿茶栽培品种。用于研究在蓝光 (BL, 200 μmol m-2 s-1)、红光 (RL, 200 μmol m-2 s-1) 和白光 (CK/WL, 200 μmol m-2 s-1)下的表型特征和次级代谢物及相关基因表达的变化。通过对次生代谢物分析和相关差异表达基因(DEGs) 与TFs (转录因子) 的相关分析，确定了调控网络。还确定了叶绿素含量、咖啡碱、没食子酸和TGGP的积累。此外，这些数据揭示了DEGs对ZM6茶树栽培品种次级代谢的调控作用，特别是对儿茶素和花青素生物合成路径的调控作用。 本研究中，BL表现出次生代谢物的高积累和小莲座叶，而RL则表现出叶绿素高含量和大莲座叶。其中受到调节的关键基因包括：CsGSTF12 、CsMYB75、Cs3GGT、bHLH-MYC 、CsMYB4等。由于类黄酮生物合成途径中CsGSTF12基因的上调，BL下的花青素产量远高于RL和WL下的花青素产量。然而CsMYB75、Cs3GGT、bHLH-MYC和其他R2R3-MYBs基因在BL下也被高度上调，这增加了茶树中总儿茶素（TC）和花青素的积累。而CsMYB4基因在RL条件下表达量最高，与TC和花青素含量呈正相关。 结果表明，与RL和WL相比，BL通过增加次生代谢产物 (儿茶素和花青素)，提高了丙二醛 (MDA) 含量以及超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化物酶 (POD) 活性。 为探索次生代谢物与茶树生长发育的分子机制，根据前期研究的 RNA 测序数据，在LJ43中选取TEA031065(BAHD酰基转移酶)基因进行进一步研究。基于茶树基因组数据库筛选了21个BAHD酰基转移酶基因。结果表明，在茶树栽培品种的BAHD酰基转移酶基因中，根据 RNA 测序数据，TEA031065 在芽和幼叶中的表达量最高，这与富含儿茶素和其他类黄酮的组织相吻合。进一步研究了TEA031065在幼叶中的表达模式。然后将该基因转化进野生型拟南芥作为过表达(OX) 株系1和株系2，在? MS培养基中验证其功能。 与转基因株系 (OX1和OX2) 相比，野生型 (WT) 的主根长、次根数和总根重分别显著增加24%、15%和53.92%。相比之下，与野生型 (WT) 相比，转基因株系的叶片更大 (21.58%)，叶重更高(32.64%)。这些结果与拟南芥突变体(dcr) At5g23940 基因一致。同时，转基因株系的花青素含量也有所增加(21.65%)。RNA测序数据显示，转基因株系中IAA (生长素) 和GA (赤霉素) 生物合成下调，这可能与根的表型变化有关。此外，植物生长调节基因如 UGT73C4 （玉米素）、ARR15、GH3.5、ETR2、ERS2、APH4 和 SAG113 等的上调表达也可能与促进大叶生长有关。由于类黄酮生物合成途径中AT和3个GSTF，特别是GSTF12基因的上调，转基因株系表现出较高的花青素积累。而CCoAMT、bHLH、WRKY、CYP和其他MYBs转录因子在转基因株系中也显著上调，从而提高了拟南芥幼苗中花青素的含量。 以上结果表明BL增加了次生代谢物特别是儿茶素和花青素和抗氧化活性。同时，RL促进了植物的生长发育以及叶绿素含量。此外，TEA031065 (BAHD 酰基转移酶成员)基因可以促进茶树(C.sinensis)生长和次生代谢产物的积累。
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