CsHY5介导UV-B光信号调控茶树类黄酮物质合成的功能解析

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类黄酮化合物是重要的植物次生代谢产物,不仅对植物本身具有重要生理功能,对人类健康亦有益处。茶树中富含类黄酮化合物(约占干重30%,其中儿茶素类占类黄酮总量70%左右),不仅与茶树的生长发育密切相关,对茶叶品质也有重要影响。茶叶加工中使用中波长紫外线(UV-B,280-320 nm)辐照采摘后的茶树鲜叶,能改变叶片内的次生代谢产物,影响茶叶香气以及滋味品质,而UV-B光信号在茶树内的信号转导及调控茶树类黄酮合成的分子机制尚不清楚。本研究中,我们利用光敏型黄化品种‘黄魁’和国家级良种‘舒茶早’对为对照开展UV-B辐射实验,研究发现:滤除UV-B光信号后,茶树叶片中部分黄酮醇糖苷物质含量显著减少(主要包括山奈酚-7-O-葡萄糖苷、杨梅素-3-O-葡萄糖苷和槲皮素-7-O-葡萄糖苷);而儿茶素类,尤其是非酯型儿茶素类含量增加。通过转录组及RT-PCR数据显示类黄酮物质合成相关基因转录水平降低,包括Cs PAL,Cs CHS,Cs FLS,Cs DFR,Cs CHI,Cs F3Ha,Cs F3’H,Cs ANRa及Cs LAR,尤其是CsHY5,Cs MYB12,Cs MYB75和Cs BIM1表达量显著降低。同时,参与UV-B信号转导途径相关基因(Cs UVR8,CsHY5,Cs MYB12和Cs MYB75)下调表达并与黄酮类化合物生物合成的基因(Cs DFRa,Cs FLS,Cs LARa和Cs ANRa)显著相关。通过转录-代谢水平关联分析,发现滤除UV-B后茶树光形态调控因子CsHY5与类黄酮合成途径部分基因的表达及其产物(类黄酮物质)的积累呈显著相关性。为进一步验证CsHY5介导UV-B光信号调控茶树类黄酮物质合成的功能,基于茶树基因组序列信息,克隆得到CsHY5的c DNA全长,荧光定量PCR显示CsHY5在茶树叶组织中高表达并响应UV-B辐射,亚细胞定位表明CsHY5定位在细胞核内;进一步利用酵母单杂交技术证明了CsHY5能与Cs UGTp、Cs LARp、Cs MYB12p、Cs DFRp和Cs FLSp几个启动子结合;利用酵母双杂交实验验证CsHY5与Cs MYB12转录因子相互作用。为了进一步分析CsHY5的功能,我们将CsHY5转基因回补至hy5-215拟南芥突变体中,结果显示CsHY5能回补拟南芥突变体表型,UV-B辐射实验显示CsHY5和类黄酮途径合成的关键基因响应UV-B后表达上调,类黄酮物质积累量增加。回归茶树,也确认了UVB辐射处理2年生扦插茶苗后显示,CsHY5和Cs MYB12被显著诱导表达,黄酮醇的积累量会响应UV-B辐射而增高。综上所述,UV-B光信号可以通过调控CsHY5与类黄酮合成途径基因表达,进而影响茶树类黄酮合成,改变黄酮醇糖苷类物质与儿茶素类物质间代谢平衡,导致茶鲜叶中黄酮醇糖苷类物质与非酯型儿茶素积累量的变化。相较于儿茶素类物质,黄酮醇糖苷的物质阈值更低,能显著影响茶汤苦涩味、收敛性,因此UVB光信号对茶叶品质具有重要影响作用。本论文为诠释茶叶品质形成与光环境之间关系提供理论基础,对茶叶栽培管理及加工利用不同光信号改善茶叶品质也具有积极意义。
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