本網(wǎng)訊：近日，我校茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋傳奎教授團(tuán)隊(duì)在植物領(lǐng)域內(nèi)的TOP期刊The Plant Journal在線(xiàn)發(fā)表了一篇題為Eugenol functions as a signal mediating cold and drought tolerance via UGT71A59-mediated glucosylation in tea plants的研究論文，揭示了丁香酚調(diào)控茶樹(shù)耐寒和耐旱的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。
低溫和干旱脅迫是作物遇到的重要脅迫因子，特別是在北方茶園中會(huì)同時(shí)發(fā)生。植物在逆境條件下，會(huì)釋放大量的揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)在植物與病蟲(chóng)害的互作及植物間的交流中發(fā)揮重要生理功能，課題組前期發(fā)現(xiàn)萜類(lèi)代謝和脂肪酸的酶促氧化產(chǎn)物在茶樹(shù)的抗寒（Zhao et al., New Phytologist 2020；Zhao et al., JIPB 2020）與耐旱（Jin et al., Horticultrue Research 2021）過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。苯丙烷類(lèi)香氣是茶樹(shù)重要的香氣物質(zhì)之一，在茶樹(shù)的品質(zhì)形成及逆境脅迫中具有重要作用。丁香酚是茶樹(shù)重要的苯丙烷類(lèi)香氣之一，已有的研究表明其對(duì)微生物和哺乳動(dòng)物具有抗菌、抗病毒等作用，然而其是否參與調(diào)控茶樹(shù)對(duì)非生物脅迫抗性尤其是雙重脅迫抗性尚不清楚。
為了證明其在茶樹(shù)低溫和干旱中的生理功能，該研究團(tuán)隊(duì)首先利用丁香酚外源暴露實(shí)驗(yàn)證明丁香酚在茶樹(shù)的低溫與干旱脅迫中均具有重要生理功能（圖1）；隨后，通過(guò)代謝分析，發(fā)現(xiàn)體外暴露的丁香酚可被茶樹(shù)吸收，并在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為糖苷，推測(cè)其糖苷化過(guò)程在茶樹(shù)的抗寒與耐旱中發(fā)揮重要作用。此后，課題組通過(guò)茶樹(shù)低溫和干旱轉(zhuǎn)錄組，篩選到UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶UGT71A59，其表達(dá)受到低溫和干旱兩種脅迫的強(qiáng)烈誘導(dǎo)。體外酶學(xué)分析表明UGT71A59具有較強(qiáng)的專(zhuān)一性，可催化丁香酚糖苷化并合成對(duì)應(yīng)的糖苷。茶樹(shù)UGT71A59表達(dá)的抑制可降低了茶樹(shù)丁香酚糖苷的積累，降低茶樹(shù)ROS清除能力，并最終削弱茶樹(shù)的耐寒性和耐旱性（圖2）。
圖1.外源丁香酚可提高茶樹(shù)的耐寒和耐旱能力
圖2.茶樹(shù)UGT71A59的表達(dá)抑制降低茶樹(shù)的耐寒性和耐旱性
進(jìn)一步研究表明，暴露于空氣中的丁香酚可通過(guò)調(diào)節(jié)茶樹(shù)ROS積累和CBFs的表達(dá)，進(jìn)而參與茶樹(shù)耐寒能力調(diào)控。同時(shí)還可通過(guò)改變茶樹(shù)ABA的穩(wěn)態(tài)和氣孔關(guān)閉來(lái)提高耐旱性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合CBF1-3的沉默和丁香酚暴露實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CBF1和CBF3在丁香酚誘導(dǎo)的茶樹(shù)耐寒性中起積極作用，CBF2可能是丁香酚誘導(dǎo)的茶樹(shù)耐寒性的負(fù)調(diào)節(jié)因子（圖3）。
圖3.CBFs在丁香酚誘導(dǎo)的茶樹(shù)抗寒過(guò)程中發(fā)揮重要作用
上述研究表明揮發(fā)性丁香酚可作為一種信號(hào)物質(zhì)，通過(guò)UGT71A59介導(dǎo)的丁香酚糖基化調(diào)節(jié)ROS積累和CBF1表達(dá)從而調(diào)控茶樹(shù)耐寒能力，并通過(guò)ABA穩(wěn)態(tài)和氣孔關(guān)閉調(diào)節(jié)抗旱能力（圖4）。該研究結(jié)果首次證明丁香酚在茶樹(shù)耐寒和耐旱調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵信號(hào)作用，并為植物響應(yīng)多種非生物脅迫時(shí)揮發(fā)物的生物學(xué)功能提供了新的思路。
圖4.丁香酚誘導(dǎo)茶樹(shù)抗寒耐旱的模式圖
該研究成果，茶樹(shù)生物學(xué)與資源利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生趙明月為論文第一作者，宋傳奎教授為該論文通訊作者，我校宛曉春教授、荊婷婷博士、該校講席教授Wilfried Schwab參與指導(dǎo)了此項(xiàng)工作。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，安徽省杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金委與德國(guó)科學(xué)基金國(guó)際合作項(xiàng)目（中德）的資助。
