高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’黄化变异机理

为了探讨茶树黄化变异和高茶氨酸形成机理，文中选用‘福云6号’和高茶氨酸茶树新品系‘福黄2号’为试验材料，利用超微电镜、广泛靶向代谢组学、靶向代谢组学和转录组学联合分析了茶树黄化变异的相关色素、代谢组及转录组数据。结果表明，通过靶向测定主要生化成分，共鉴定到5种儿茶素、可可碱和咖啡碱，以及20种游离氨基酸，包括茶氨酸、谷氨酰胺、精氨酸和谷氨酸等，其中，‘福黄2号’的氨基酸含量显著高于‘福云6号’，茶氨酸含量高达57.37 mg/g。叶片的超微结构显示，‘福黄2号’叶绿体细胞结构模糊，基粒片层大部分排列散乱、间隙大，类囊体呈丝状。色素测定显示，叶绿素a和叶绿素b、类胡萝卜素、类黄酮等色素含量显著下降，叶绿素酶（chlorophyllase，CLH）、9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase，NCED）、类黄酮3β-羟化酶（flavonoid 3β-hydroxylase，F3H）和类黄酮3''，5''-羟化酶（flavonoid 3''，5''-hydroxylase，F3''5''H）等相关关键调控基因发生显著变化。与‘福云6号’相比，‘福黄2号’中共鉴定出138个差异代谢物（significantly changed metabolites，SCMs）和658个差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs），KEGG富集分析表明，SCMs和DEGs显著富集到与氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢以及三羧酸循环等途径。‘福黄2号’黄化表型可能是光合作用蛋白、叶绿素代谢基因和叶绿素含量的缺乏所致。高茶氨酸的积累可能由于黄化叶中低氮消耗，以及碳骨架的缺乏，氨基和氮资源被更有效地储存，使得氨基酸合成通路中的代谢物及相关基因表达上调，茶氨酸成为黄化叶中显著积累的含氮化合物。