茶树囊泡转运和糖基化对萜类糖苷物质积累的影响

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在植物中,挥发性萜类物质通常以易溶于水的糖苷形式储存在细胞中。茶叶中已经发现多种香气糖苷物质,尤以单萜的香叶醇和芳樟醇糖苷最为丰富。这些糖苷的合成和积累对红茶和乌龙茶等茶类香气品质的形成有着至关重要的作用,且亦具有重要的生物学功能。探明挥发性萜类物质及其糖苷如何进行跨膜运输并最终储存在何处,不仅可帮助改善茶叶香气品质,亦且有助于明确挥发性物质挥发和积累的途径。囊泡运输是植物细胞内和细胞间多种大分子物质交换的重要通路,有研究表明抑制胞吐可显著增加萜类糖苷在植物中的积累。为探明茶树挥发性萜类糖苷可能的储存位点以及转运方式,本研究构建了罗勒香叶醇合成酶基因ObGES、茶树糖基转移酶基因CsGT1、CsGT2,以及引导囊泡与液泡融合的Qb-SNARE基因,其中包括拟南芥AtVTI12基因和茶树Cs VTI12基因的植物双元表达载体。为了抑制引导囊泡与细胞膜融合,同时本研究还构建了 R-SNARE基因NtVAMP72家族的RNAi(MtVAMP721e-RNAi)双元表达载体。旨在以单独或叠加的方式瞬时共表达在本氏烟叶片中,并使用SPME-GC-MS和UPLC-Q-TOF-MS/MS检测香叶醇的释放量以及香叶醇糖苷含量。同时本研究也构建了ObGES稳定表达烟草并进行了研究。结果显示,将罗勒香叶醇合成酶基因ObGES瞬时表达于本氏烟叶片中生成了大量香叶醇及香叶基二糖苷,表明该基因可正常工作。相比只过表达ObGES,香叶基二糖苷的含量在ObGES与MtVAMP721e-RNAi共表达叶片中显著增加,表明囊泡运输很可能参与了香叶醇的挥发且萜类糖苷的储存不在质外体。ObGES与CsGT1和CsGT2共表达及ObGES与CsVTI12或AtVTI12共表达并没有提升香叶基二糖苷的含量,表明烟草可能本身即可完全糖基化过量的香叶醇并运输至液泡中。在ObGES稳定表达云烟85中,我们发现NtVTI12和NtVAMP72c的表达量与野生型相比有显著上调,则更加说明香叶醇的挥发需要囊泡的参与,也说明其糖苷的储存可能在液泡中。此外,本研究还发现野生型本氏烟叶片中存在香叶醇和芳樟醇的二糖苷,但在不添加β-糖苷水解酶的情况下,磨碎加水的叶片经SPME-GC-MS检测后,香叶醇和芳樟醇生成,说明本氏烟叶片中含有丰度或活性极低的糖苷水解酶。而在注射了缓冲液的空白对照叶片中,香叶基二糖苷含量上升而芳樟基二糖苷含量下降,同时也检测到香叶基葡萄糖苷的生成,这可能是由于机械损伤影响了一些糖基转移酶和糖苷水解酶的合成和/或活性。综上所述,本研究通过调控糖基转移酶以及囊泡与细胞膜和液泡膜的融合,初步探索了挥发性萜类物质及其糖苷的转运方式及糖苷态储存位点,为今后研究茶树萜类糖苷的合成与运输提供了理论基础和思路。
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