本網(wǎng)訊 近日，我校宋傳奎教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，在國(guó)際權(quán)威期刊《Plant Biotechnology Journal》發(fā)表題為“Natural variation of CsUGT71A60 determines growth and cold tolerance via regulating cytokinin glycosylation in Camellia sinensis”最新研究，首次揭示茶樹(shù)通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶基因UGT71A60的自然變異，調(diào)節(jié)順式玉米素穩(wěn)態(tài)，平衡抗寒防御與生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)制，為培育“抗寒又高產(chǎn)”的茶樹(shù)品種提供了關(guān)鍵理論依據(jù)。
茶樹(shù)（Camellia sinensis）作為重要經(jīng)濟(jì)作物，廣泛種植于全球熱帶與亞熱帶地區(qū)。然而，作為多年生常綠植物，茶樹(shù)對(duì)低溫脅迫高度敏感，持續(xù)低溫易導(dǎo)致其生長(zhǎng)受阻、產(chǎn)量下降及品質(zhì)劣變。如何在維持正常生長(zhǎng)的同時(shí)提升抗逆性（尤其是抗寒性）是作物育種的長(zhǎng)期難題，因植物需在防御反應(yīng)與生長(zhǎng)資源分配間進(jìn)行權(quán)衡。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)139個(gè)茶樹(shù)品種的遺傳多樣性分析和抗寒表型鑒定，結(jié)合全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）與蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，鎖定了一個(gè)受低溫誘導(dǎo)的關(guān)鍵基因UGT71A60 (圖1)。該基因的自然變異與茶樹(shù)抗寒性顯著關(guān)聯(lián)，其表達(dá)水平在低溫脅迫下顯著升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，UGT71A60能夠催化活性細(xì)胞分裂素順式玉米素（cZ）的糖基化反應(yīng)，生成非活性形式的順式玉米素-9-O-葡萄糖苷（cZ9OG）。
為驗(yàn)證基因功能，團(tuán)隊(duì)在茶樹(shù)和模式植物擬南芥中進(jìn)行了基因表達(dá)調(diào)控實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，沉默UGT71A60會(huì)加劇低溫導(dǎo)致的光系統(tǒng)損傷和細(xì)胞膜透性，顯著降低抗寒性；而過(guò)表達(dá)該基因的植株則表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化能力、更低的活性氧積累，以及更高的低溫存活率。值得注意的是，過(guò)表達(dá)UGT71A60的擬南芥不僅抗寒性增強(qiáng)，其根系發(fā)育、葉片大小、分蘗數(shù)量和種子產(chǎn)量均顯著優(yōu)于野生型，但開(kāi)花時(shí)間延遲，暗示該基因可能通過(guò)調(diào)節(jié)激素平衡優(yōu)化資源分配，在逆境中優(yōu)先保障生長(zhǎng)與繁殖。
圖1.CsUGT71A60自然變異與抗寒性關(guān)聯(lián)分析
值得關(guān)注的是，UGT71A60通過(guò)調(diào)控cZ與cZ9OG的動(dòng)態(tài)平衡，在冷脅迫下形成“激素儲(chǔ)備庫(kù)”，既能快速響應(yīng)逆境信號(hào)，又避免過(guò)量活性激素對(duì)生長(zhǎng)的抑制。此外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子ARR（TEA021099）可直接結(jié)合UGT71A60啟動(dòng)子并激活其表達(dá)，形成一條由ARR-UGT71A60介導(dǎo)的非經(jīng)典抗寒信號(hào)通路（圖2）。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了細(xì)胞分裂素糖基化在植物環(huán)境適應(yīng)中的雙重作用，也為作物抗逆育種提供了新靶點(diǎn)。
該研究首次揭示了細(xì)胞分裂素O-糖基化在協(xié)調(diào)植物抗寒性與生長(zhǎng)發(fā)育可塑性中的雙重關(guān)鍵作用，并明確了一個(gè)由ARR直接調(diào)控UGT進(jìn)而精細(xì)調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂素穩(wěn)態(tài)的非經(jīng)典抗寒信號(hào)通路。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)植物激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)，也為作物育種提供了一個(gè)極具潛力的靶點(diǎn)。通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控UGT71A60及其同源基因的表達(dá)或活性，有望在不犧牲甚至提高產(chǎn)量潛力的前提下，培育出更能適應(yīng)低溫等非生物脅迫的“雙贏(yíng)”茶樹(shù)及其他作物新品種，以應(yīng)對(duì)全球氣候變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
圖2 轉(zhuǎn)錄因子ARR直接結(jié)合UGT71A60啟動(dòng)子并激活其表達(dá)
本研究由我校茶樹(shù)種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所合作完成。我校博士后趙明月為論文第一作者，王婧銘、靳潔陽(yáng)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所郝心愿研究員為論文共同第一作者。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)室宋傳奎，高婷，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所王新超研究員為該研究的共同通訊作者。我校荊婷婷副教授，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Wilfried Schwab教授參與了研究。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。（文圖/趙明月 編輯/管震宇 預(yù)審/宋傳奎 審核/夏利明）
