本網(wǎng)訊 近日，我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張照亮教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名植物學(xué)期刊《The Plant Cell》發(fā)表題為"The mitochondrial carrier CsTHS1 acts as a gatekeeper of theanine accumulation in late-spring new shoots of tea plants"的研究論文。該研究系統(tǒng)揭示了茶樹(shù)春季新梢細(xì)胞中茶氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)與降解的分子機(jī)制，為通過(guò)精準(zhǔn)的育種和栽培措施提高晚春茶葉品質(zhì)提供了重要理論依據(jù)。
茶氨酸作為茶樹(shù)特征性功能成分，不僅是決定綠茶鮮爽滋味的關(guān)鍵呈味物質(zhì)（其含量占春茶游離氨基酸總量的50%以上），更因其緩解焦慮、促睡眠、增強(qiáng)記憶等健康功效而備受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，早春優(yōu)質(zhì)茶葉中茶氨酸含量高達(dá)2%左右，而晚春茶葉中該成分卻降低達(dá)50%以上，導(dǎo)致茶葉品質(zhì)明顯下降。盡管學(xué)界已探明茶氨酸合成與轉(zhuǎn)運(yùn)的分子基礎(chǔ)，但對(duì)其在細(xì)胞內(nèi)含量動(dòng)態(tài)變化的調(diào)控機(jī)制，特別是晚春新梢茶氨酸降解的細(xì)胞器水平機(jī)制仍屬科學(xué)盲區(qū)。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)酵母突變體篩選體系，首次鑒定出關(guān)鍵線(xiàn)粒體載體CsTHS1具有調(diào)控茶氨酸胞內(nèi)積累的功能?；诎被岽x主要在線(xiàn)粒體完成的科學(xué)認(rèn)知，研究團(tuán)隊(duì)提出突破性假說(shuō)：茶樹(shù)通過(guò)特異性線(xiàn)粒體載體介導(dǎo)茶氨酸進(jìn)入線(xiàn)粒體降解系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)控新梢茶氨酸水平。通過(guò)構(gòu)建多維轉(zhuǎn)運(yùn)驗(yàn)證體系，研究人員不僅確認(rèn)CsTHS1是首個(gè)具有茶氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)能力的線(xiàn)粒體載體，更發(fā)現(xiàn)其307位點(diǎn)的精氨酸殘基（R307）在進(jìn)化過(guò)程中由甘氨酸（G）演變而來(lái)，這一關(guān)鍵氨基酸取代顯著增強(qiáng)了該載體對(duì)茶氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)活性。
值得關(guān)注的是，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)亞細(xì)胞定位分析證實(shí)，具有茶氨酸水解功能的CsGGT2酶特異定位于線(xiàn)粒體，這為“線(xiàn)粒體降解茶氨酸”假說(shuō)提供了關(guān)鍵證據(jù)。為深入解析茶氨酸降解的分子通路，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地構(gòu)建了CsTHS1-CsGGT2-CsGDH2.1協(xié)同調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型（圖1），揭示出茶氨酸代謝的完整通路：CsTHS1介導(dǎo)茶氨酸跨線(xiàn)粒體膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線(xiàn)粒體，CsGGT2催化茶氨酸水解生成谷氨酸和乙胺，繼而CsGDH2.1催化谷氨酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸和NH3（圖2）。
圖1 CsTHS1和CsGGT2的亞細(xì)胞定位及CsTHS1、CsGGT2和CsGDH2.1在茶樹(shù)新梢中的表達(dá)模式分析
以上三個(gè)蛋白編碼基因的表達(dá)在春季后期隨著溫度上升而顯著提高，促進(jìn)茶氨酸向線(xiàn)粒體轉(zhuǎn)運(yùn)和降解（圖1，圖2）。這些發(fā)現(xiàn)解釋了晚春茶氨酸含量快速下降背后的分子機(jī)制，也揭示了茶樹(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)控茶氨酸代謝為新梢快速生長(zhǎng)提供氮源的重要生物學(xué)機(jī)制。
圖2 茶樹(shù)晚春新梢中茶氨酸胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)與降解的分子機(jī)制模型
我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張照亮教授為本文通訊作者，博士研究生韓文龍和碩士畢業(yè)生馬靖真為共同第一作者。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宛曉春教授、楊天元副教授，加州大學(xué)戴維斯分校William J. Lucas教授、中國(guó)科學(xué)院遺傳發(fā)育所鮑時(shí)來(lái)研究員等參與了該研究。該研究獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。（圖文/韓文龍 編輯/管震宇 預(yù)審/張照亮 審核/夏利明）
