












摘" 要:為探究茶樹品種曜秋(YQ)高溫白化的特性及其分子調控機制,以低溫白化茶樹品種白葉1號(BY1H)為對照,對茶樹品種曜秋的春季(YQC)、夏季(YQX)、秋季白化(YQQ)和秋季綠色(YQQL)的一芽二葉新梢,以及白葉1號的春季白化(BY1HC)、夏季(BY1HX)和秋季(BY1HQ)的新梢為材料進行生化成分檢測、轉錄組測序和分析。生化分析結果表明,YQQ白化鮮葉游離氨基酸總量和茶多酚含量均低于YQC綠色鮮葉,且游離氨基酸總量差異達顯著水平;而BY1HC白化鮮葉游離氨基酸總量顯著高于BY1HQ綠色鮮葉,茶多酚含量顯著低于BY1HQ綠色鮮葉。轉錄組主成分分析結果表明,YQQ白化鮮葉基因表達信息獨立于第二象限,明顯與其他樣品不同;聚類分析結果表明,YQQ白化鮮葉基因表達信息單獨聚為一類;YQQ和BY1HQ的差異表達基因數量最多,曜秋在夏末秋初高溫響應下新梢葉片白化,微管、細胞、亞細胞等結構受到影響,氨基酸、多酚等主要功能性理化成分含量均降低,差異表達基因富集顯著性最高的3個功能類依次為微管結合、細胞或亞細胞成分轉移和非膜結合細胞器,差異表達基因富集顯著性排名前3的通路依次為類黃酮生物合成通路、淀粉和蔗糖代謝通路以及氨基糖和核苷酸糖代謝通路;基因共表達網絡分析篩選出高表達模塊,并對總連通性K值最高的10個基因進行分析和注釋,其中TGY042732和未知基因novel.276的功能未能預測。本研究結果為了解茶樹資源高溫白化提供一定的理論基礎。
關鍵詞:高溫;白化;茶樹;生化成分;轉錄組;表達基因
中圖分類號:S571.1" " " 文獻標志碼:A
Characteristics and Transcriptome Analysis of High Temperature Albino Tea Variety Yaoqiu
HUANG Haitao, DING Yi, NIU Xiaojun, ZHAO Yun, YU Jizhong*
Tea Research Institute, Hangzhou Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou, Zhejiang 310024, China
Abstract: In order to explore the characteristics and molecular regulation mechanism of high temperature albinism of tea variety Yaoqiu (YQ) and its molecular regulation mechanism, the effects of low temperature albinism on the shoot with one bud and two leaves of tea variety YQ in spring (YQC), summer (YQX), autumn albinism (YQQ) and autumn green (YQQL), and Baiye No. 1 (BY1H) in spring albinism (BY1HC), their biochemical components, and transcriptome sequencing were carried out on the new shoots in summer (BY1HX) and autumn (BY1HQ). The results of biochemical analysis showed that the total free amino acid content and tea polyphenols content of YQQ albino fresh leaves were lower than those of YQC green fresh leaves, and the difference of total free amino acid content was significant; while the total free amino acid content of BY1HC albino fresh leaves was significantly higher than that of BY1HQ green fresh leaves, and the tea polyphenols content was significantly lower than that of BY1HQ green fresh leaves. Cluster analysis revealed that the gene expression profiles of YQQ albino fresh leaves formed a distinct cluster. The comparison between YQQ and BY1HQ exhibited the highest number of differentially expressed genes. The new shoot leaves of YQ showed an albino phenotype induced by high-temperature stress in late summer and early autumn. This stress affected the structure of microtubules, cells, and subcellular components, leading to a reduction in the contents of amino acids and polyphenols. The three functional categories exhibiting the most significant gene enrichment were microtubule binding, movement of cellular or subcellular components, and non-membrane-bound organelles. Similarly, the top three pathways with the highest significance in gene enrichment were the flavonoid biosynthesis pathway, the starch and sucrose metabolism pathway, and the amino sugar and nucleotide sugar metabolism pathway. Through gene co-expression network analysis, modules exhibiting high expression levels were identified. Subsequently, the ten genes demonstrating the highest total connectivity (K value) were selected for further analysis and annotation. Notably, the functions of genes TGY042732 and the novel gene designated as novel.276 could not be predicted. These findings would provide a theoretical foundation for understanding the phenomenon of albinism in tea resources under conditions of elevated temperature.
Keywords: high temperature; albino; tea plant; biochemical components; transcriptome; expressed genes
DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.05.008
茶樹新梢葉色變異廣泛,有綠色、白色、黃色、紅色、紫色等。白色和黃色茶樹新梢表型統稱為白化表型,其中新梢白化程度高低主要受溫度和光照影響,其中受溫度影響的類型又可根據白化響應溫度不同分為高溫白化型和低溫白化型[1-2]。低溫白化型茶樹品種有白葉1號、小雪芽等[3-8],白葉1號白化的溫度閾值在20~22 ℃之間,但該溫度僅在春季越冬芽萌發的初期發揮作用,其白化現象主要與葉片色素含量的變化及其葉綠體超微結構的變化密切相關,葉片白化期葉綠體膜結構發育發生障礙,葉綠體退化解體,葉綠素合成受阻,質體膜上各種色素蛋白復合體缺失,導致葉片白化[9-10];LI等[4]對低溫白化茶樹品種小雪芽的表型和轉錄組研究發現,小雪芽白化葉片(芽下第三葉)葉綠體發育異常,表現為體積膨脹變大,出現囊狀空泡,基粒片層和類囊體膜結構發育受阻,光合色素葉綠素類和類胡蘿卜素類含量顯著減少,氨基酸含量顯著增加,茶多酚、咖啡因、總兒茶素類、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)和表兒茶素沒食子酸酯(ECG)含量以及酚氨比值顯著降低,轉錄組分析結果表明其白化葉片的1-脫氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶基因以及原葉綠素酸酯還原酶基因表達受到顯著抑制,導致小雪芽白化葉片的葉綠素和類胡蘿卜素含量較低。茶樹高溫白化型是指氣溫達到25 ℃以上或持續高溫時的芽葉白化,后隨氣溫下降逐步返綠,但綜合性狀不理想,因此,高溫白化型茶樹少有相關研究[1]。高溫白化種質在其他作物上也僅有少量研究,李軍等[11]報道的粳稻高溫白化復綠突變體tcd52在高溫(gt;24 ℃)條件下,二葉期葉色呈白色失綠,三葉期開始復綠,四葉期后與野生型無明顯差異;而在低溫(20 ℃)條件下,tcd52突變體苗期葉色與野生型一致呈綠色,無白化現象。
茶樹品種曜秋因高溫白化而得名,是從浙江省杭州市余杭區瓶窯鎮鳩坑群體種自然實生后代中采用單株選擇的方法系統選育而成的特色茶樹品種,春季新梢為黃綠色、夏季新梢葉色為紫綠色,夏末至秋初新梢白化,白化葉片不返綠,凋亡脫落,秋季后期繼續生長的頂梢呈綠色,長勢較弱,是一種較好的高溫白化茶樹種質資源。本研究擬以低溫白化茶樹品種白葉1號為對照品種,對曜秋不同季節芽葉的理化性狀進行檢測,并結合轉錄組分析其高溫白化時的主要成分和基因表達變化。
1" 材料與方法
1.1" 材料
本研究于2022年度在杭州市余杭區瓶窯鎮杭州市農業科學研究院茶葉研究所資源圃(30°23?E,119°53?N)選取2個茶樹品種,試驗組為高溫白化茶樹品種曜秋(YQ),分別取其春季(YQC)一芽二葉、夏季(YQX)一芽二葉、秋季白化(YQQ)一芽二葉和秋初返綠(YQQL)一芽二葉作為研究材料;對照組為低溫白化茶樹品種白葉1號(BY1H),分別取其春季白化(BY1HC)一芽二葉、夏季(BY1HX)一芽二葉和秋季(BY1HQ)一芽二葉,每個樣品3個重復,用錫紙包裹后迅速投入液氮中速凍,–80 ℃低溫保存備用,用于后續生理生化指標測定和總RNA提取。
1.2" 方法
1.2.1" 水浸出物含量測定" 采用國家標準《茶水浸出物測定》GB/T 8305—2013的方法檢測樣品水浸出物含量。
1.2.2" 茶多酚含量檢測" 采用國家標準《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》GB/T 8313—2018檢測樣品茶多酚含量。
1.2.3" 兒茶素、咖啡堿和沒食子酸檢測" 采用HPLC法檢測,兒茶素類包括沒食子兒茶素(GC)、表沒食子兒茶素(EGC)、兒茶素(C)、表兒茶素(EC)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、沒食子兒茶素沒食子酸酯(GCG)和兒茶素沒食子酸酯(CG),儀器為Agilent 1100,色譜柱為Hypsial ODS的C18柱(5 μm,4.6 mm×250 mm);流動相A為2%乙酸溶液,流動相B為乙腈,流速1 mL/min,柱溫35 ℃,檢測波長280 nm,進樣量10 μL,0~12 min內流動相A由93.5%變為92.0%,12~ 16 min時流動相A由92.0%變為85.0%,16~20 min時流動相A由85.0%變為15.0%,20~30 min回到初始狀態即流動相A為93.5%,平衡5 min[12]。
1.2.4" 氨基酸組成檢測" 采用領苯二酚(OPA)柱前衍生結合高效液相色譜(HPLC)熒光檢測法對氨基酸組分進行檢測,包括天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、天冬酰胺(Asn)、絲氨酸(Ser)、谷氨酰胺(Gln)、組氨酸(His)、蘇氨酸(Thr)、精氨酸(Arg)、丙氨酸(Ala)、γ-氨基丁酸(Gaba)、茶氨酸(Thea)、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)。柱前衍生方法:先配制OPA溶液,方法為9 mL硼酸緩沖液(0.4 mol/L,pH 10.2)+0.01 g OPA+ 1 mL乙腈+100 μL巰基丙酸,混勻后過0.22 μm膜。將配制完成的OPA溶液50 μL與0.4 mol/L硼酸緩沖液(pH 10.2)500 μL、450 μL超純水以及5 μL待測茶樣溶液,混勻后進行檢測。檢測條件為Zorbax EclipseAAA色譜柱(3.5 μm, 4.6 mm×150 mm),柱溫箱40 ℃,發射波長340 nm,接收波長450 nm,進樣體積10 μL,流速1.5 mL/min,流動相A為40 mmol/L Na2HPO4緩沖液(pH 7.8),流動相B為乙腈∶甲醇∶超純水=45∶45∶10(V/V/V)。洗脫梯度為0~18 min,流動相B由5%(V)線性增加至60%(V),18~32 min流動相B由60%(V)線性增加至100%(V),32~37 min流動相B降至5%(V),并保持7 min[13]。
1.2.5" 轉錄組測序和分析" 基于Illumina技術測序平臺,利用雙末端測序(paired-end)的方法,分別對曜秋春季(YQC)與白葉1號春季白化(BY1HC)的一芽二葉新梢,曜秋夏季(YQX)與白葉1號夏季(BY1HX)的一芽二葉新梢,曜秋秋季白化(YQQ)與白葉1號秋季(BY1HQ)的一芽二葉新梢,曜秋秋季(YQQ)白化與曜秋秋季綠色(YQQL)的一芽二葉新梢進行轉錄組測序分析,原始測定數據(raw reads)進行過濾處理后得到高質量數據(clean reads),使用HISAT2將clean reads與茶樹[14]的參考基因組進行比對。使用StringTie軟件進行新轉錄本組裝,采用DESeq2[15-16]根據|log2(fold change)|≥1且padj≤0.05的標準篩選差異基因,差異基因的表達豐度用FPKM值(fragments per kilobase of exon model per million mapped fragments)表示,采用clusterProfiler軟件對差異基因集進行GO(gene ontology)功能富集分析和KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路富集分析,采用軟閾值為6進行網絡構建,使用相異度對網絡中的基因進行層次聚類,并利用基因總連通性K值進行核心基因篩選。
1.3" 數據處理
使用JMP 10.0軟件進行統計分析,包括方差分析(ANOVA)和主成分分析(PCA)。測量的理化成分含量以平均值±標準偏差(SD)表示,采用t檢驗確定不同樣品之間在5%的顯著性水平,P≤0.05且|log2(fold change)|≥1視為顯著差異表達的指標。
2" 結果與分析
2.1" 曜秋和白葉1號茶樹品種特征特性比較
曜秋原始編號為J1615,來自浙江余杭,灌木型,半開張,生長勢中等,萌發中等,茸毛少,春季新梢葉色為黃綠色,夏季初期新梢為紫綠,夏季中后期至秋初新梢白化(圖1),秋季后期新梢呈綠色,成熟葉片為中等橢圓、葉長7.8 cm、葉寬3.2 cm、淺綠、上表皮隆起、葉緣波狀、葉身平、葉齒密淺銳、葉尖漸尖、葉基楔形(表1)。按照規范2~3 d觀測1次,以觀測到變化的日期為其起始和轉綠日期;最高氣溫高于35 ℃和低于30 ℃的日期來自杭州市氣象局資料。根據2020—2023年的觀測(表2),曜秋在夏季氣溫上升至33~35 ℃出現明顯的白化現象,且白化程度隨著溫度的升高而增加,莖、葉、脈及腋芽均呈白化狀,秋初溫度降至30 ℃以下,新生長的新梢芽葉顏色轉為正常綠色(圖2B),原白化葉片逐漸成熟、凋亡和脫落(圖2C)。
白葉1號又名安吉白茶,原產浙江安吉,灌木型,半開張,生長勢中等,茸毛少,春季新梢葉色呈玉白色(圖1),葉脈淡綠色,夏秋季新梢均為綠色,成熟葉片為長橢圓、葉長8.8 cm、葉寬3.4 cm、綠色、上表皮平、葉緣平、葉身平、葉齒稀淺鈍、葉尖漸尖、葉基楔形。白葉1號茶樹新梢在春季氣溫上升至20~22 ℃階段性出現白化現象,至春末,白化葉片逐漸成熟并轉綠,早期白化度較高的葉片逐漸脫落,后期白化度低的葉片形成綠白斑駁狀(圖2A),夏季和秋季新生長新梢的顏色均為正常的綠色。
2.2" 曜秋和白葉1號茶樹品種的生化組成比較
茶多酚、氨基酸、咖啡堿、兒茶素與茶葉風味品質緊密相關,是茶葉風味化學成分的主體。2個品種不同季節的一芽二葉的水浸出物、茶多酚、氨基酸、咖啡堿和兒茶素含量見表3。2個品種的水浸出物含量、茶多酚含量均在夏季最高,春秋較低;氨基酸總量均為春季較高,夏秋季較低;咖啡堿含量春季、夏季較高,而秋季較低;曜秋品種的水浸出物含量在不同季節均低于白葉1號;曜秋品種春季的茶多酚含量高于白葉1號,秋季茶多酚含量則低于白葉1號;曜秋品種春季的氨基酸含量低于白葉1號,夏季和秋季的氨基酸含量均高于白葉1號;曜秋品種春季和夏季的咖啡堿含量均低于白葉1號;曜秋品種春季、秋季的GC、EGC、C和EC等簡單兒茶素含量均低于同期的白葉1號,復雜兒茶素無明顯規律。曜秋品種秋季白化鮮葉較春季綠色鮮葉的水浸出物、咖啡堿、EGC、EGCG、GCG、CG等含量,以及游離氨基酸總量等均顯著降低,而ECG含量顯著升高。白葉1號品種春季白化鮮葉較秋季綠色鮮葉茶多酚、EGCG含量顯著降低,而水浸出物、咖啡堿、GC、EGC、C、EC、CG等含量,以及游離氨基酸總量均顯著增升高。游離氨基酸總量顯著增加和茶多酚含量顯著降低是白葉1號低溫白化產生的一個重要代謝特性,而曜秋高溫白化鮮葉的游離氨基酸總量并未顯著增加,這可能與2個茶樹品種不同的白化機制相關。
氨基酸組成對于茶湯鮮爽度、滋味品質也具有重要影響。2個品種春季和秋季鮮葉的游離氨基酸含量見表4,不同樣品間天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、茶氨酸、丙氨酸、γ-氨基丁酸和精氨酸含量差異達到顯著水平。曜秋春季鮮葉的天冬氨酸、谷氨酸、茶氨酸、γ-氨基丁酸、精氨酸含量顯著低于白葉1號品種,曜秋秋季鮮葉的茶氨酸、γ-氨基丁酸含量顯著低于白葉1號,而天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸含量顯著高于白葉1號。曜秋秋季白化鮮葉樣品相較于其春季綠色鮮葉樣品,天冬氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺含量顯著升高,絲氨酸和茶氨酸含量顯著降低。白葉1號春季白化鮮葉樣品相較于其秋季綠色鮮葉樣品,天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、茶氨酸、丙氨酸和精氨酸含量顯著升高,而γ-氨基丁酸含量顯著降低。綜上,天冬氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺3種氨基酸在品種白化過程中的變化趨勢一致,而絲氨酸和茶氨酸2種氨基酸在品種白化過程中的變化趨勢相反,這可能與2個茶樹品種不同的白化機制相關。
2.3" 曜秋和白葉1號茶樹品種轉錄組比較
2.3.1" 轉錄組測序(RNA-seq)質量分析" 曜秋和白葉1號各設3個生物學重復,共構建21個cDNA文庫,基于Illumina Hiseq TM4000測序獲得的數據詳見表5。經過濾篩選后共獲得144.85 Gb的clean data,每個樣品獲得6.9 Gb左右的clean data,占比均超過98%,Q30(一個堿基的識別可靠性等于99.9%)的占比超過91.00%,GC含量(鳥嘌呤和胞密啶的摩爾百分比)均在43.00%以上。說明試驗取樣合理,樣品RNA-seq數據質量可靠。
2.3.2" 樣品主成分分析" 為了進一步了解2個茶樹品種白化現象的區別,對樣品進行了主成分分析(圖3)。結果表明,曜秋品種春季、夏季、秋季鮮葉基因表達信息集中在第三象限,曜秋秋季白化鮮葉基因表達信息獨立在第二象限;而白葉1號品種春季、夏季、秋季鮮葉基因表達信息主要集中在第一、四象限。曜秋和白葉1號2個品種不同季節的鮮葉基因表達信息差異較大,曜秋秋季白化的鮮葉與其春季、夏季和秋初返綠的鮮葉基因表達信息之間差異明顯,而白葉1號春季白化、夏季和秋季的鮮葉信息之間差異較小。
2.3.3" 基因表達分析" 通過差異基因表達量分析(圖4),曜秋春季鮮葉和白葉1號春季鮮葉之間以|log2(fold change)|≥1且padj≤0.05為標準,共篩選出7288個差異表達基因(DEGs),包含3732個上調表達基因和3556個下調表達基因;曜秋夏季鮮葉和白葉1號夏季鮮葉之間篩選出7793個差異表達基因,包含4137個上調表達基因和3656個下調表達基因;曜秋秋季鮮葉和白葉1號秋季鮮葉之間篩選出14 982個差異表達基因,包含7025個上調表達基因和7957個下調表達基因;曜秋秋季高溫白化鮮葉和曜秋秋季新生綠色鮮葉樣品之間篩選出7797個差異表達基因,包含2865個上調表達基因和4932個下調表達基因。其中曜秋茶樹秋季白化新梢和白葉1號秋季新梢的差異表達基因最多,遠超其他時期的差異表達基因。
2.3.4" 差異基因聚類分析" 通過差異表達基因聚類分析(圖5),曜秋秋季白化新梢表達基因與白葉1號春季白化新梢相比區別較大,與其他季節的新梢表達基因也具有較大的差異。
2.3.5" 功能和代謝通路富集分析" 對差異表達基因進行GO功能富集,曜秋春季鮮葉和白葉1號春季鮮葉之間,富集顯著性最高的3個功能類依次為類囊體、RNA-DNA雜交核糖核酸酶活性和光合作用,而富集差異基因數最多的功能類則為RNA催化活性類(78個)(圖6A)。曜秋夏季鮮葉和白葉1號夏季鮮葉之間,富集顯著性最高的3個功能類依次為RNA-DNA雜交核糖核酸酶活性、過氧化物酶體膜和過氧化物酶體組織類,而富集差異基因數最多的功能類則為蛋白質二聚化活性類(107個)(圖6B)。曜秋秋季鮮葉和白葉1號秋季鮮葉之間,富集顯著性最高的3個功能類依次為微管結合、細胞或亞細胞成分轉移和非膜結合細胞器,而富集差異基因數最多的功能類則為DNA結合轉錄因子活性(219個)(圖6C)。曜秋秋季白化鮮葉和曜秋秋季白化后新生綠葉之間,富集顯著性最高的3個功能類依次為轉移酶活性,轉移酰基、細胞或亞細胞組分轉移和染色體部分,而富集差異基因數最多的功能類則為轉移己糖基轉移酶活性類(167個)(圖6D)。
KEGG通路富集分析顯示,曜秋春季鮮葉和白葉1號春季鮮葉之間,富集顯著性排名前3的通路依次為光合作用-天線蛋白,光合作用和光合生物的碳固定,分別富集到21、30、62個DEGs(圖7A)。曜秋夏季鮮葉和白葉1號夏季鮮葉之間,富集顯著性排名前3的通路依次為纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成、泛酸和CoA生物合成和2-氧代羧酸代謝通路,分別富集到21、22、35個DEGs(圖7B)。曜秋秋季鮮葉和白葉1號秋季鮮葉之間,富集顯著性排名前3的通路依次為類黃酮生物合成、淀粉和蔗糖代謝以及氨基糖和核苷酸糖代謝,分別富集到47、121、109個DEGs(圖7C)。曜秋秋季白化鮮葉和曜秋秋初新生綠色鮮葉之間,富集顯著性排名前3的通路依次為類黃酮生物合成、苯丙素類生物合成和脂肪酸延伸,分別富集到35、76、23個DEGs(圖7D)。
2.3.6" 基因共表達網絡分析" 軟閾值設定為6,篩選基因表達數據,并建立基因表達模塊層次聚類樹以及模塊基因聚類熱圖(圖8),本研究結果發現綠松石色模塊基因高表達。
對綠松石色模塊中總連通性K值最高的10個基因進行分析和注釋(表6),其中TGY042732和未知基因novel.276的功能未能預測,其余基因功能多數與葉綠體相關,這些在基因共表達網絡中處于核心位置的新基因為今后進一步探索茶樹高溫白化機理提供重要參考。
3" 討論
3.1" 植物溫敏白化的表型和生理生化特征差異
劉鈺龍等[17]報道一株水稻溫敏型白化突變體tsa1在低溫20~24 ℃下明顯白化,葉綠素a和類胡蘿卜素的含量顯著降低,突變體白化組織中葉綠體發育停滯,出現了大量小型異常葉綠體結構,而高溫28~32 ℃下突變體外觀及光合色素含量趨于正常。白葉1號為低溫白化茶樹品種,其越冬芽萌發初始葉片為綠色,溫度升至20~22 ℃白化啟動,白化葉片的葉面為白色,葉脈為綠色,早期白化度較高的葉片后期會脫落,而白化度較低的葉片在春季末期形成白-綠斑駁形態,部分葉片的此種形態可持續全年,夏季和秋季新生的新梢葉片均為正常綠色。成浩等[18]研究發現白葉1號全白期間葉片中不存在P700葉綠素a蛋白復合體與捕光葉綠素a/b蛋白質復合體,但含有很少量的捕光葉綠素a/b蛋白質復合體的脫輔基蛋白和少量的游離色素,認為捕光葉綠素a/b蛋白質復合體的缺失影響到葉綠體基粒結構的形成是白葉1號白化重要原因之一。以上研究均表明葉綠體發育受阻和結構異常是植物低溫白化表型的重要原因。
綠體結構。該研究表明葉綠體結構降解是植物高溫白化表型的主要原因。
本研究中的材料曜秋為高溫白化茶樹品種,其春季、夏季初期葉片為正常綠色或紫綠色,溫度為33~35 ℃啟動白化,白化葉片的葉面、葉脈、腋芽均呈現黃色,隨著溫度升高白化程度可增加至乳白色,溫度降低至30 ℃以下時,白化葉片逐漸凋亡,此后新梢繼續生長的葉片為正常綠色。曜秋高溫白化生物過程與tcd52類似,結合曜秋轉錄組基因注釋,推測曜秋高溫白化也是與葉綠體結構降解有關。
3.2" 曜秋秋季白化新梢基因表達機制
王新超等[9]對白葉1號正常葉片和白化葉片差異表達的基因進行了比較和功能推測,發現參與葉綠體/葉綠素合成的調控基因(A18-4、C3),參與信號物質合成有關基因(G11-2、C3)等與白葉1號階段性白化有關。本研究表明曜秋秋季白化新梢表達基因與白葉1號春季白化新梢相比
區別較大,與曜秋其他季節的新梢表達基因也具有較大的差異,其中曜秋秋季高溫白化鮮葉與曜秋秋季新生綠色鮮葉相比下調表達基因較多,與白葉1號秋季綠色新梢相比也是下調表達基因較多,且差異表達基因數量最多,高達14 982個差異表達基因,表明曜秋秋季白化具有較為復雜的生物學機制。
LI等[19]對白葉1號不同階段的代謝和轉錄研究表明,白葉1號在WII階段(白化后期)的差異代謝產物主要參與光合生物的碳固定、苯丙素類化合物的生物合成、半乳糖代謝、類黃酮的生物合成以及精氨酸和脯氨酸的代謝。而在本研究中,曜秋秋季白化鮮葉和曜秋秋初新生綠色鮮葉之間,富集顯著性排名前3的通路依次為類黃酮生物合成,苯丙素類生物合成和脂肪酸延伸,主要與類黃酮生物合成,苯丙素類生物合成和脂肪酸延伸等途徑有關。推測曜秋高溫白化途徑與白葉1號低溫白化后期代謝途徑具有一定的共性。
同時,通過基因共表達網絡分析篩選的處于核心位置的新基因為今后進一步開展茶樹高溫白化機理研究提供重要參考。
4" 結論
本研究通過對曜秋春季綠色、夏季綠色、秋季白化和秋季綠色,白葉1號春季白化、夏季綠色、秋季綠色等的鮮葉為材料通過表型、理化組成和轉錄組等聯合分析解析了高溫白化茶樹曜秋的白化機制。曜秋在夏末秋初高溫(33~35 ℃)響應下新梢葉片白化,溫度降低至30 ℃左右時,白化葉片啟動凋亡,而繼續生長的新梢為正常綠色,與白葉1號低溫白化新梢氨基酸含量顯著增加不同,曜秋高溫白化新梢游離氨基酸總量反而較春季綠色新梢顯著降低。曜秋秋季白化新梢基因表達信息在主成分分析與聚類分析中均表現出獨特性,通過基因共表達網絡分析篩選出10個核心基因,包括TGY042732、TGY109858、TGY046880、TGY107449、TGY014623、TGY096457、novel.276、TGY123290、TGY050175和TGY088252。研究結果為今后進一步開展茶樹資源的高溫白化研究奠定基礎。
參考文獻
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