论文部分内容阅读
茶树[Camellia sinensis（L.）O.Kuntze]作为一种多年生常绿木本植物,是我国重要的叶用经济作物。茶树叶色突变体的研究对茶树资源利用与品种创新都具有重要的价值。本研究以福安大白茶及其黄化新品系福黄1号、福云6号及其黄化新品系福黄2号为研究对象,利用透射电镜观察福黄1号和福黄2号春梢和夏梢黄化叶片叶绿体超微结构变化;应用靶向代谢技术分析了福黄1号、福黄2号不同季节的生化特征;采用广泛靶向代谢组学和转录组学联合分析,探明了福黄1号和福黄2号高茶氨酸的品种特性以及芽叶黄化的生化特点。本研究初步阐明了福黄1号和福黄2号黄化变异及高氨基酸形成的分子机制,为高茶氨酸茶树品种选育提供理论依据。主要研究结果如下:1.福黄1号和福黄2号新梢叶片叶绿体的超微结构福黄1号春梢叶片叶绿体结构发育异常,叶绿体类囊体呈现丝状,基粒片层排列散乱不规则,片层间疏松,存在许多异常的囊泡。福黄1号叶片细胞与福安大白茶细胞结构存在差异,叶绿体被膜不完整,液泡充斥,但基粒片层结构排序较为清晰有序。福黄2号春梢叶片细胞结构模糊,细胞膜发育不完整,脱离细胞壁,游离在细胞内,并产生较多液泡（空泡）,叶绿体结构发育不良,基粒片层大部分排列散乱,间隙大,类囊体呈丝状。夏梢叶片叶绿体中产生较多空泡,叶绿体细胞膜结构不完整,呈现不规则形状,基粒片层断裂,间隙处空泡存在,类囊体结构较不完整。这表明福黄1号、福黄2号叶片色泽的变化可能反映了其叶片的质体发育和功能的异常。2.福黄1号和福黄2号的生化特征及季节间的差异福黄1号和福黄2号春梢分别鉴定到19和20种游离氨基酸组分,夏梢均鉴定到16种,秋梢均鉴定到25种。福黄1号春梢氨基酸总量高达97.13 mg·g-1,显著高于福安大白茶,其中茶氨酸达66.9 mg·g-1,占氨基酸含量的68.89%;精氨酸含量达到8.46 mg·g-1,是福安大白茶的56.4倍;夏梢游离氨基酸总量为29.63 mg·g-1,茶氨酸含量最高,为22.57 mg·g-1,其余含量较低。福黄2号春梢氨基酸总量高达82.07mg·g-1,显著高于福云6号,其中茶氨酸含量达57.37 mg·g-1,占氨基酸含量的69.9%;夏梢游离氨基酸总量为27.87 mg·g-1,茶氨酸含量最高,为21.75 mg·g-1,其余含量较低。福黄1号和福黄2号秋梢均鉴定到较多的游离氨基酸组分,但其总含量较春梢低,茶氨酸、游离氨基酸总量在黄化种中含量显著高于对照种。福黄1号和福黄2号均属于高茶氨酸茶树资源。福黄1号芽叶的儿茶素含量夏梢＞秋梢＞春梢,其中儿茶素总量春梢为95.19 mg·g-1,夏梢为229.64 mg·g-1,秋梢176.09 mg·g-1,EGCG3"Me含量春梢为7.43 mg·g-1,夏梢为10.86 mg·g-1,秋梢7.18mg·g-1。福黄1号的生物碱含量秋梢＞夏梢＞春梢,其中咖啡碱含量春梢为33.60 mg·g-1,夏梢为40.88 mg·g-1,秋梢为43.87 mg·g-1。福黄2号芽叶的儿茶素含量夏梢＞秋梢＞春梢,其中儿茶素总量春梢为99.67 mg·g-1,夏梢为224.03 mg·g-1,秋梢为112.09 mg·g-1,EGCG3"Me含量春梢未检出,夏梢为0.98 mg·g-1,秋梢为0.53 mg·g-1。福黄2号的生物碱含量夏梢＞秋梢＞春梢,其中咖啡碱含量春梢为22.62 mg·g-1,夏梢为31.92 mg·g-1,秋梢为32.27 mg·g-1。3.福黄1号和福黄2号叶色变异机理福黄1号叶绿素a和叶绿素b含量显著下降,叶绿素a/b比率下降,相关基因SGR表达显著下调,黄化叶片中光捕获叶绿素a/b蛋白（LHC）表达显著下调。类胡萝卜素总含量虽然差异不大,但各组分含量显著变化,玉米黄质为唯一显著增加的组分,其调控基因VDE表达显著上调,其余组分含量均下降。在类黄酮合成途径中,F3H和F3′5′H是类黄酮合成途径的关键酶,下调2.20倍和2.61倍。这表明福黄1号的芽叶色泽主要受叶绿素、类胡萝卜素和类黄酮等色素代谢的影响,SGR和4种LHC的共同作用也可能影响叶绿体的生物合成来调节叶片色泽。福黄2号叶绿素a和叶绿素b、类胡萝卜素、类黄酮等色素含量显著下降,叶绿素酶（CLH）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）、类黄酮3β-羟化酶（F3H）和类黄酮3’,5’-羟化酶（F3’5’H）等相关关键调控基因发生显著变化。LHCA和LHCB是叶绿素a和叶绿素b的结合蛋白基因,在福黄2号中表达水平显著降低。此外,与PSI反应中心相关的10个DEGs和与PSII反应中心相关的6个DEGs在福黄2号中的表达水平发生变化。PSI、PSII和细胞色素b6/f参与光反应,这是光合作用的初始阶段,LHC在PSI和PSII中起着重要作用,福黄2号黄化表型可能是光合作用蛋白、叶绿素代谢基因和叶绿素含量的缺乏所致。4.福黄1号和福黄2号高茶氨酸积累机理利用靶向代谢、广泛靶向代谢组和转录组测序技术关联分析,探究福黄1号和福黄2号茶树叶片高茶氨酸累积机制。在福黄1号中茶氨酸含量显著高于福安大白茶,原因主要是泛素化相关的蛋白质水解酶表达上调,蛋白降解能力加强,叶绿素和其他含氮物质生物合成的减少,以及黄化叶中碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,使得与氨基酸合成相关的氮代谢激活,茶氨酸合成的前体物质之一的谷氨酸积累,这可能促使茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。福黄2号高茶氨酸的积累可能由于黄化叶中低氮消耗,以及碳骨架的缺乏,氨基和氮资源被更有效地储存,促使谷氨酰胺、茶氨酸和精氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。