茶樹是重要的經(jīng)濟(jì)作物，因富含獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)和功能成分深受消費(fèi)者喜愛。谷氨酰胺合成酶是茶樹將無機(jī)氮同化為有機(jī)氮的第一個(gè)酶，是氮同化的限速酶，對(duì)茶樹的初級(jí)代謝、次級(jí)代謝以及品質(zhì)形成都有重要的影響。許多研究表明，miRNA在植物生長、發(fā)育、次生代謝和抗性方面發(fā)揮了重要作用。但是目前miRNA在茶樹谷氨酰胺代謝中的作用尚不清楚，還需要進(jìn)一步深入研究。2024年2月，Beverage Plant Research 在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院郭飛副教授課題組題為CsmiR396d targeting of CsGS2 plays an important role in glutamine metabolism of tea plant (Camellia sinensis) 的研究論文。首先，根據(jù)前期的sRNA和降解組數(shù)據(jù)，篩選到與茶樹谷氨酰胺代謝相關(guān)的CsmiR396d及其靶基因CsGS2（glutamine synthetase）。定量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CsmiR396d和CsGS2的表達(dá)量在‘福鼎大白茶’的嫩芽、第一葉、成熟葉、老葉、側(cè)根、花和果實(shí)這7個(gè)部位呈相反的趨勢，與miRNA與其靶基因的表達(dá)特征相符。隨后，通過5’RLM-RACE實(shí)驗(yàn)和煙草瞬時(shí)表達(dá)體系（圖1），分別在茶樹體內(nèi)和體外證明了CsmiR396d對(duì)CsGS2 的剪切作用。

圖1 煙草瞬時(shí)表達(dá)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CsmiR396d和CsGS2之間的相互作用

接著，通過茶樹瞬時(shí)表達(dá)體系研究了CsmiR396d和CsGS2 在茶樹谷氨酰胺代謝中的作用。與對(duì)照相比，在CsmiR396d沉默的葉片中，CsGS2 的表達(dá)量和谷氨酰胺含量顯著增加；而在CsmiR396d過表達(dá)的葉片中，CsGS2 的表達(dá)量和谷氨酰胺的含量顯著下降，CsGS1.2 的表達(dá)量顯著升高。在CsGS2 沉默的茶樹葉片中，CsmiR396d的表達(dá)量顯著上升，谷氨酰胺含量減少，CsGS1.2，CsTSI（theanine synthetase）以及CsMYB73 的表達(dá)量都顯著下調(diào)。在CsGS2 過表達(dá)葉片中，CsmiR396d 的表達(dá)量變化不顯著，但是葉片中谷氨酰胺含量顯著上升。

最后，通過CsmiR396d和CsGS2 過表達(dá)擬南芥株系，研究了CsmiR396d和CsGS2 在植物谷氨酰胺代謝中的作用。與野生型擬南芥相比，CsGS2 過表達(dá)擬南芥株系中GS2 的表達(dá)水平以及谷氨酰胺含量顯著增加，GLN1;3（glutamine synthetase）的表達(dá)量顯著下降。而在CsmiR396d過表達(dá)擬南芥株系中，GS2的表達(dá)水平和谷氨酰胺含量顯著降低，GLN1;3 的表達(dá)量相比CsGS2 過表達(dá)擬南芥株系升高了許多（圖2）。說明在CsmiR396d降低了GS2 基因的表達(dá)量后，植物通過增加GS2 同工酶GLN1;3 的表達(dá)來維持自身的正常生長發(fā)育。

以上結(jié)果表明CsmiR396d通過對(duì)CsGS2 的調(diào)控，在茶樹谷氨酰胺代謝中發(fā)揮了重要作用。研究結(jié)果不僅揭示了CsmiR396d在茶樹氮同化中的可能作用，也將為轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)茶樹氮利用提供理論依據(jù)和參考。

圖2 異源超表達(dá)CsmiR396d對(duì)擬南芥谷氨酰胺代謝的影響

本文第一作者為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院茶學(xué)2022屆博士李慧，現(xiàn)就職于武漢輕工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，從事茶樹miRNA及次生代謝相關(guān)研究。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院郭飛副教授為本文的通訊作者。本研究在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1200505）、國家自然科學(xué)基金（32272766）和湖北省科技廳園藝作物種質(zhì)資源平臺(tái)（2021DFE016）等項(xiàng)目的資助下完成。

來源: 中國茶葉學(xué)會(huì)

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