茶树氨基酸转运基因CsVAT1.3、CsLHT8L、CsCAT9.1、CsAAP3.1功能鉴定

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氨基酸是茶叶中的重要代谢物质,是构成茶叶鲜爽味的主要物质,其含量和组分决定了茶汤的滋味。茶叶中氨基酸含量取决于茶树对氮的吸收、同化及茶树氨基酸转运基因对同化后的氨基酸产物在茶树体内转运效率与分配模式。挖掘氨基酸的源库分配及氮的高效利用相关基因,对提高茶树氮营养效率、改善茶叶品质具有非常重要的意义。目前拟南芥、水稻、豌豆等模式植物中相关研究已有较多的报道,而茶树中氨基酸转运基因相关研究较少,其如何介导氨基酸吸收及转运机制及如何调控茶叶品质及氮的养分效率有待深入研究。本课题以Cs VAT1.3、Cs LHT8L、Cs CAT9.1、Cs AAP3.1四个茶树氨基酸转运基因为研究对象,通过遗传转化获得了各基因拟南芥转基因株系,明确其氨基酸底物谱,其中特别探讨了Cs AAP3.1在不同氮条件下如何介导的氮分配及利用效率。主要研究结果如下:(1)Cs VAT1.3定位于内质网,在茶树根部几乎不表达,Cs VAT1.3对3个不同氨基酸含量茶树品种对氮处理的响应模式不同,在BY1品种中恢复供有机氮后,除老叶外6个部位表达量显著上调,而在ZC108品种中,这些部位在恢复供正常氮条件后显著上调,响应有机氮或正常氮处理;转运底物结果表明Cs VAT1.3特异性转运高浓度(1 m M)Arg。(2)Cs LHT8L定位于内质网,主要在茶树叶片主叶脉中表达,对不同氮处理响应结果表明在ZC108及BY1品种中,恢复三种氮处理抑制了Cs LHT8L在1stMV、2ndLeaf、2ndMV、Mature Leaf及MMV等部位中的表达;在EC1品种中,有机氮处理后Cs LHT8L在茶树新梢(1stLeaf、1stMV、2ndLeaf、2ndMV)中的表达显著增强,表明Cs LHT8L可能主要通过茶树维管组织介导氨基酸向叶肉中转运;转运底物结果表明Cs LHT8L介导高浓度Gly、Pro及低浓度(<1 m M)Lys转运。(3)Cs CAT9.1定位于细胞质膜和内质网,转运底物筛选结果表明广泛转运Leu、Phe、Ile、Val、Met、His、Cys、Pro、Gln、Glu及Thea 11种氨基酸,其在茶树根、叶片及叶脉中高丰富表达,表明其可能在茶树氨基酸转运过程中发挥重要作用,恢复三种供氮后,在BY1、ZC108及EC1 3个品种中包括2ndLeaf、Mature Leaf及MMV等部位中Cs CAT9.1表达显著被抑制,在ZC108中Cs CAT9.1表达量随氮浓度增加而降低。(4)Cs AAP3.1定位于细胞质膜和内质网,广谱转运Thea,Arg、His、Lys、Cys、Ser、Thr、Trp、Ile、Leu、Val、Gly、Phe及Glu 13种氨基酸,且通过HPLC-MS测定证实了Cs AAP3.1超表达株系对茶氨酸存在过量吸收。不同氮处理响应结果表明Cs AAP3.1在3个茶树品种的不同部位中对有机氮具有响应。Cs AAP3.1超表达株系(Cs AAP3.1-OE)在缺氮(0.25 m M N)条件下,将氮优先向幼嫩叶转运,幼嫩叶中的氨基态氮浓度显著低于野生型,根中氨基态氮浓度显著高于野生型,表明缺氮条件下Cs AAP3.1促进氮素向幼嫩叶转运,参与氨基态氮在源与库器官之间的分配以适应低氮胁迫;正常氮(5 m M N)条件下,Cs AAP3.1-OE株系中氮累积量显著低于野生型,表明超表达Cs AAP3.1对氮的需求量减少,Cs AAP3.1-OE植株幼嫩叶中氮的分配比例不变、氨基态氮浓度增加,表明Cs AAP3.1对改善茶叶品质可能具有重要作用。
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