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茶树广泛种植于亚热带至热带气候地区，低温胁迫是茶树面临的逆境挑战之一。随着季节更替时温度的剧烈变化，植物已经进化出多级调控机制来调节基因表达，从而增强耐寒性。尽管已在mRNA水平上研究了茶树冷响应的调控机制，但关于染色质和翻译水平上的调控机制未见研究。近日，Horticulture Research在线发表了福建农林大学叶乃兴、杨江帆教授团队题为Chromatin accessibility and translational landscapes of tea plants under chilling stress的研究论文。该文章首次通过ATAC-seq、RNA-seq及Ribo-seq技术分析了茶树在低温胁迫下的染色质、转录及翻译调控图谱，有助于阐明植物如何灵活地应对低温胁迫。该研究发现低温胁迫显著抑制了茶树的转录和翻译水平以及翻译效率，且低温条件下茶树基因转录和翻译水平之间的相关系数从0.54增加到0.68，表明茶树在低温胁迫下转录和翻译的协同作用。联合分析发现在两个水平上显著改变且趋势一致的基因在与抗寒性相关的几种途径中显著富集，其中单萜生物合成途径中的4个新薄荷醇脱氢酶串联排列在3号染色体上，倍半萜生物合成途径中的2个橙花叔醇合成酶串联排列在7号染色体上，其转录和翻译水平均显著提高。Fig. 2: Characteristics of RNA-seq and Ribo-seq data in tea plant leaves under chilling stress.
该研究发现随着基因表达水平的提高，茶树基因翻译效率逐渐降低。在3082个基因上鉴定了潜在的上游开放阅读框，翻译的上游开放阅读框显著降低相应基因的翻译效率，并发现茶树通过增强低温胁迫下上游开放阅读框的翻译以抑制基因整体表达的机制。
Fig. 4: Identification and characteristics of upstream open reading frames (uORFs).通过ATAC-seq技术检测茶树在低温胁迫下的染色质开放性图谱，在低温处理样品中鉴定出633个THS。其中大部分THS分布在基因远端区域中，其次分布于基因转录起始位点上游2kb的启动子区域。433个远端THS被定位到318个下游最近的注释基因，其中275个远端THS与下游最近基因的距离超过10kb，71个(22.33%)基因在转录或翻译水平上有显著变化。Fig. 5: Chromatin accessibility landscape of CK and LT samples.进一步分析基因近端THS，鉴定出66个冷胁迫诱导的THS。研究发现靶向这些已识别基序的转录因子主要为AP2/ERF家族，其次为WRKY、bZIP和TCP家族。通过构建高置信度的茶树低温转录调控网络，结合转录和翻译数据，鉴定出13个关键的转录因子，其中12个转录因子在低温下的转录和翻译水平均显著增加。低温调控途径的核心基因，4个CBF成员的转录和翻译水平上调了数百倍。此外，ERF1、ERF2、ERF5、ERF104、CRF4及3个WRKY成员也获得了染色质开放性、转录、翻译水平上的数据支持，表明其可能参与了茶树低温调控。Fig. 7: Transcriptional regulatory network of tea plants under chilling stress.总之，该研究有助于阐明茶树乃至植物如何灵活地协调转录和翻译的效应以应对低温胁迫，并为研究茶树在低温胁迫下的转录调控机制与抗寒育种提供参考。福建农林大学园艺学院/茶学福建省高校重点实验室的叶乃兴教授和杨江帆教授为该论文的共同通讯作者，2018级茶学专业博士研究生王鹏杰为该论文第一作者。该研究主要在福建省“2011协同创新中心”中国乌龙茶产业协同创新中心专项（闽教科〔2015〕75号）、福建农林大学茶产业链科技创新与服务体系建设项目、福建农林大学与园艺学院优博等项目的资助下完成。![]()
叶乃兴，男，汉族，1963年7月生，福建农林大学教授，茶学学科主任。现任茶学福建省高校重点实验室主任，中国乌龙茶产业协同创新中心副主任，福建张天福茶叶发展基金会副理事长，中国茶叶学会学术工作委员会委员。
叶乃兴教授长期从事茶树栽培育种与茶叶品质化学研究，为茶树和茉莉花种质资源、茶树育种领域的知名专家，参与育成金观音、黄观音、金牡丹、悦茗香、紫牡丹、黄奇等国家级茶树优良品种；主编规划教材2部，主编出版《白茶科学•技术与市场》《中国乌龙茶种质资源利用与产业经济研究》《福州茉莉花与茶文化系统研究》等茶学书著；在国内外期刊发表学术论文150余篇；获得福建省科学技术二等奖3项、三等奖2项；授权发明专利11件。荣获中华优秀茶教师、张天福茶叶发展贡献奖、闽茶之星等荣誉称号。
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