【摘 要】
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茶是全球消费最广泛的非酒精饮料之一。在高温、强光等条件下,茶树幼嫩叶片容易积累花青苷,进而影响茶叶的适制性和品质,但其分子机制仍知之甚少。本研究利用RNA-seq技术对两组材料‘紫1’(Z1)和‘陕西紫阳种’(SZ)的夏季紫色叶片及其绿色叶片对照进行差异基因分析,结合qRT-PCR筛选得到一个关键基因CsGSTU18,探明了它在茶树花青苷转运过程中的关键作用,在此基础上以其启动子为诱饵进行酵母单杂
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茶是全球消费最广泛的非酒精饮料之一。在高温、强光等条件下,茶树幼嫩叶片容易积累花青苷,进而影响茶叶的适制性和品质,但其分子机制仍知之甚少。本研究利用RNA-seq技术对两组材料‘紫1’(Z1)和‘陕西紫阳种’(SZ)的夏季紫色叶片及其绿色叶片对照进行差异基因分析,结合qRT-PCR筛选得到一个关键基因CsGSTU18,探明了它在茶树花青苷转运过程中的关键作用,在此基础上以其启动子为诱饵进行酵母单杂文库筛选获得CsMYBPA1转录因子,并利用EMSA和LUC对其结合位点进行了鉴定,还进一步研究了该转录因子在茶树花青苷积累过程中的作用机制。主要研究结果如下:1.转录组差异表达基因鉴定与CsGSTU18功能分析。通过对转录组的差异基因分析发现:‘SZ’中有1677个上调的DEGs和1875个下调的DEGs,‘Z1’中有1590个上调的DEGs和1113个下调的DEGs。通过KEGG发现差异基因涉及的代谢通路有:黄酮类生物合成、植物激素信号转导、光合作用的天线蛋白、光合生物中的碳固定等过程。结合转录组数据、qRT-PCR分析和花青苷含量测定,我们推测CsGSTU18基因是参与花青苷转运的重要基因,且与茶树叶片花青苷的含量显著正相关。本研究在其他课题组成员拟南芥稳定转化和草莓rap突变体互补实验的基础上,进一步通过茶树叶片瞬时表达体系对CsGSTU18的功能进行了分析,发现瞬时超量表达CsGSTU18导致茶树叶片中的花青苷含量显著增加,而干涉后则呈现相反的结果。这些结果均证明CsGSTU18是茶树叶片中花青苷转运的关键基因。2.CsGSTU18启动子克隆、关键顺式作用元件分析和互作因子筛选。克隆得到1215 bp的CsGSTU18启动子片段。通过分析CsGSTU18启动子后发现该片段上包含3个光合作用顺式元件:G-Box,GT1-motif,L-box;3个MYB顺式作用元件:MBS,MBSI,MRE。以CsGSTU18启动子序列为诱饵筛选茶树叶片c DNA文库后获得10个候选转录因子:5个锌指蛋白,4个MYB蛋白,1个WRKY。进一步酵母单杂交结果显示,一个MYB转录因子CsMYBPA1可以与CsGSTU18启动子互作。3.CsMYBPA1功能鉴定及作用机制解析。通过PCR克隆得到879 bp的MYB5亚家族成员CsMYBPA1,属于R2R3型MYB转录因子。利用双荧光素酶实验再次证明CsMYBPA1与CsGSTU18启动子相互作用,凝胶阻滞实验表明两者结合位点为MBS。在茶树叶片中瞬时超量表达CsMYBPA1不仅导致花青苷含量升高,同时CsGSTU18的表达量也显著提升。相反,干涉CsMYBPA1后花青苷含量与CsGSTU18的表达量都显著下降。进一步在拟南芥中稳定转化CsMYBPA1后,叶片花青苷积累明显,且与花青苷合成相关基因PAL、CHS、CHI、F3H、F3’H、DFR、LDOX、UF3G的表达量都显著提高。进一步表明CsMYBPA1是调控茶树花青苷代谢的重要基因。综上所述,本研究通过对夏季茶树幼嫩绿叶与紫叶的转录组差异基因分析,获得参与幼嫩叶片花青苷转运的关键基因CsGSTU18,并对其上游调控网络进行解析。最终得出CsMYBPA1通过调控花青苷转运蛋白CsGSTU18的表达来促进茶树幼嫩叶片的花青苷积累。该调控机制的发现为茶树花青苷的代谢调控和改良提供重要理论依据。
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