茶樹類胡蘿卜素累積及其相關(guān)基因表達模式研究.pdf

1、茶[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]是一種用于生產(chǎn)無酒精飲料的多年生木本植物，被稱為傳統(tǒng)的“亞洲飲料”，在茶葉生產(chǎn)國的經(jīng)濟具有重要地位。隨著全球茶葉生產(chǎn)國及其產(chǎn)量的增加，國際競爭加劇，生產(chǎn)國的研究精力更多地由原來重視產(chǎn)量轉(zhuǎn)向重視質(zhì)量。茶葉質(zhì)量是一個復雜的因素，其中香氣化合物含量和組成是影響成品茶葉感官品質(zhì)的重要決定因子。有研究報道，茶葉中的許多香氣化合物都來源于類胡羅卜素。然而，相關(guān)的文獻報道卻不多。深入了解

2、不同茶類，如紅茶、綠茶和烏龍茶栽培品種的類胡羅卜素含量、在不同收獲季節(jié)的含量變化及其與所生產(chǎn)茶類及香氣形成的關(guān)系，對于進一步掌握類胡羅卜素與茶葉感官品質(zhì)之間的關(guān)系有重要意義，而且十分必要。 類胡羅卜素不但對植物來講具有一系列的特殊功能，而且也是動物和人類的膳食中也是重要的成分。在過去的若干年份里，幾乎所有與編碼綠色植物類胡羅卜素生物合成相關(guān)酶類的基因和cDNA都已經(jīng)進行了鑒定或測序，有關(guān)編碼的蛋白質(zhì)等產(chǎn)物的特性也進行了分析。綜合

3、有關(guān)類胡羅卜素生物合成相關(guān)基因的信息，了解這些基因表達在類胡羅卜素生物合成及累積中的作用，對于開發(fā)調(diào)節(jié)類胡羅卜素代謝途徑，改變類胡羅卜素的累積方式等方面都具有重要意義。 本研究選擇中國生產(chǎn)紅茶、綠茶和烏龍茶代表性品種12個，研究其在不同采收季節(jié)種類胡羅卜素累積的情況。八氫番茄紅素合成酶(phytoene synthase，PSY)和八氫番茄紅素脫氫酶(phytoenedesaturase，PDS)是類胡羅卜素生物合成途徑中第一步

4、和第二步的催化酶。堇菜黃質(zhì)去環(huán)氧酶(violaxanthin de-epoxidase，VDE)是類胡羅卜素生物合成途徑中葉黃素循環(huán)的關(guān)鍵酶。本文鑒定了茶樹中的該3種酶基因(Accession no：PSY, EF545005；PDS,EU275984 and VDE。EU091350)，研究了不同收獲季節(jié)這些基因的表達模式，同時對低溫敏感型葉綠素缺乏的白化變異體茶樹中這些酶基因表達進行了比較。 研究結(jié)果顯示，供試的12個品種在

5、不同采摘季節(jié)的類胡羅卜素含量差異顯著，其變化幅度甚至大于品種之間的變異。就品種之間比較而言，綠茶品種龍井-43的類胡羅卜素含量最高；但從同一季節(jié)的前后期比較，后期收獲的鮮葉類胡羅卜素含量高于前期收獲的鮮葉。以香氣品質(zhì)突出的烏龍茶，一般是利用每個季節(jié)后期的成熟新梢加工而成。這也意味著類胡羅卜素含量在茶葉香氣形成過程中具有重要作用。 為了分析類胡羅卜素以及多酚類含量與揮發(fā)性香氣化合物(volatile flavour compoun

6、d，VFC)之間的關(guān)系，本研究對12個供試品種的春梢早期的鮮葉固定樣品進行了檢測。結(jié)果表明，類胡羅卜素與VFC之間不存在簡單的線性關(guān)系。對于類胡羅卜素起源的VFC需要準確的進一步定性和定量鑒定以及對類胡羅卜素降解酶類活力的深入研究，才有可能了解類胡羅卜素與VFC形成之間的內(nèi)在關(guān)系。雖然有研究表明，高含量多酚類對VFC的形成是有阻礙作用的，但本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多酚類含量與VFC之間也不存在直接的統(tǒng)計學關(guān)系。 用RT-PCR半定量方法

7、分析了綠茶品種龍井-43和紅茶品種玉蘭的PSY，PDS和VDE基因表達譜，同時測定了相應季節(jié)的類胡羅卜素含量。研究揭示，PSY和PDS基因表達量與類胡羅卜素類及量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。但PDS基因的表達量遠遠低于PYS基因，某些季節(jié)甚至不表達。VDE酶的作用是催化堇菜黃質(zhì)(violaxanthin)轉(zhuǎn)化為玉米黃質(zhì)(zeaxanthin)，而玉米黃質(zhì)是一種具有光保護功能的化合物。在逆境條件下VDE基因具有較高的表達。本研究結(jié)果證明，在高

8、溫強光的夏季，VDE基因大量表達。但VDE基因的表達與堇菜黃質(zhì)含量之間不存在相關(guān)性。 在低溫誘導的白化變異體茶樹中，白化葉片的PSY，PDS和VDE基因表達高于同植株的綠色葉片。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，白化葉片中類胡羅卜素含量很低，葉綠體發(fā)生岐變。類胡羅卜素生物合成途徑相關(guān)酶的基因是核基因，但也參與質(zhì)體的生物合成途徑。根據(jù)質(zhì)體信號傳導學說理論，編碼質(zhì)體酶的核基因的表達受到質(zhì)體信號的調(diào)節(jié)。因為在具有岐變質(zhì)體組織中發(fā)現(xiàn)PSY，PDS和VD

9、E的高表達，說明這些基因的表達是受質(zhì)體信號的負向調(diào)節(jié)的。 PSY基因表達與茶葉類胡羅卜素的累積呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，本研究應用cDNA末端快速擴增的3'-RACE和5'-RACE技術(shù)克隆了PSY全長基因序列。根據(jù)推導的氨基酸序列建立了茶樹PSY基因與其他作物種PSY基因系統(tǒng)發(fā)生進化樹。結(jié)果顯示，茶樹PSY基因與Adonis palaestina和Citrus sinensis的關(guān)系最密切，相似性均達到90％。 總之，本研究揭示