基于代谢组和转录组分析揭示了三个不同季节茶树的代谢物变化
以下文章来源于农业科学与工程前沿 ，作者FASE 编辑部
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▎论文ID
期 刊：Frontiers of Agricultural Science and Engineering（FASE）
Cite this article :
Chen-Kai JIANG, De-Jiang NI, Ming-Zhe YAO, Jian-Qiang MA, Liang CHEN. METABOLIC AND TRANSCRIPTOME ANALYSIS REVEALS METABOLITE VARIATION AND FLAVONOID REGULATORY NETWORKS IN FRESH SHOOTS OF TEA (CAMELLIA SINENSIS) OVER THREE SEASONS. Front. Agr. Sci. Eng., 2021, 8(2): 215‒230 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2021382
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1. 构建了收获期茶树新梢的代谢谱。
2. 鉴定到不同季节的特征代谢物。
3. 筛选获得类黄酮代谢关键基因。
4. 探究了主要化合物之间的调控关系。
▎Graphical abstract
▎研究背景:
不同季节茶树新梢中的代谢物，尤其是次级代谢产物，与茶树的环境适应性和茶叶品质息息相关。然而，现有关于茶树新梢代谢物随季节变化的研究主要集中在成品茶或者某几个茶树品种，很难全面反映茶树在转录和代谢水平上对气候变化的响应机制。因此，本文探究了江南茶区10份茶树资源的新梢在3个不同季节的基因转录水平和代谢物含量差异。该研究有助于茶鲜叶原料的选择，以满足不同人群、不同茶类的加工和茶叶功能产品开发的需求，并揭示茶树重要次级代谢物如类黄酮代谢在转录水平上的调控规律。
本研究共检测了春、夏、秋三个季节90个茶样的100种特征代谢物。如图1所示，PCA和PLS-DA都说明春、夏、秋三个季节的茶树新梢的代谢物有显著差异。比较类黄酮代谢通路中主要代谢物含量和基因表达量在3个季节中的差异，该通路中的大部分下游代谢物含量在春季相对较低，说明在夏季的高温和强光下大部分类黄酮物质的生物合成比较活跃。
儿茶素品质指数是衡量茶树新梢中儿茶素水平变异的质量指数。如图2所示，大部分茶树品种春季的儿茶素品质指数显著高于夏季和秋季。
Fig. 2 三个季节（a）不同品种儿茶素品质指数和（b）儿茶素品质指数均值
根据PCC构建代谢相关网络以探究代谢物之间的关系，共有284对代谢物的PCC > 0.6 (p < 0.05)。如图3a所示，苯甲酸位于网络的中心。将代谢组与转录组数据相结合，进一步探究调控类黄酮代谢基因的相互关系，如图3b所示，TEA003334、TEA026406和TEA000421很可能通过调控MYB-bHLH-WD40转录复合体调控类黄酮代谢结构基因的转录水平。
Fig. 3 （a）代谢物相关网络;（b）类黄酮代谢相关基因的共表达网络
该研究测定了江南茶区春、夏、秋三季茶树新梢的主要代谢物，并比较了三个季节基因表达量的差异。多元统计分析表明茶树新梢代谢物随季节的变化显著。类黄酮代谢通路中的大部分下游代谢物如儿茶素类及其衍生物的含量在春季最低，而儿茶素品质指数在春季最高。代谢相关网络和加权基因共表达网络表明类黄酮的生物合成是茶树次级代谢中的重要通路，其中TEA003334、TEA026406和TEA000421的功能有待进一步研究。