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安徽農大宛曉春團隊:轉錄因子CsGLKs響應UV-B光信號調控茶樹葉綠素合成與類黃酮積累

2023-04-09 14:14:37 來源:中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所

近日,Horticultural Plant Journal在線發(fā)表了安徽農業(yè)大學宛曉春團隊題為“GOLDEN 2-LIKE transcription factors regulate chlorophyll biosynthesis and flavonoid accumulation in response to UV-B in tea plants (Camellia sinensis) (轉錄因子CsGLKs響應UV-B光信號調控茶樹葉綠素合成與類黃酮積累)”的研究論文。

研究背景

類黃酮化合物是決定茶葉品質特性的重要次生代謝物質之一,不僅影響茶葉健康功效,亦是茶湯口感、苦澀度與風味特征的關鍵決定因素。茶樹葉片類黃酮積累具有明顯的品種特異性,白化黃化茶樹葉片的類黃酮含量與組分比例顯著異于綠葉品種,暗示茶樹類黃酮物質積累很可能與其葉色密切相關。轉錄因子GOLDEN 2-like(GLK1與GLK2)屬于GARP家族,參與擬南芥根系感光綠化,在植物葉綠體發(fā)育與葉綠素合成等葉色變化方面發(fā)揮重要調控作用,然而,關于GLKs如何響應光信號、是否參與調控植物類黃酮代謝,尚無明確報道。

研究問題

茶樹CsGLK1和CsGLK2介導UV-B光信號調控茶樹葉綠素和類黃酮的生物合成,影響茶樹葉色變化與次生代謝物質積累。


(資料圖片僅供參考)

研究結果

(1)CsGLK1和CsGLK2通過與光信號蛋白CsHY5互作響應UV-B光信號。濾除自然光中的UV-B光信號波段,茶樹葉片CsGLK1與CsGLK2轉錄表達量降低;補充UV-B輻射,茶樹葉片中CsGLK1CsGLK2轉錄表達量升高;序列克隆分析顯示CsGLK1CsGLK2啟動子區(qū)域存在G-box光響應元件,Y1H、LUC、EMSA與ChIP分子生物學技術表明CsGLK1CsGLK2啟動子能夠被CsHY5結合(圖1)。

Fig.1 Subcellular localization and CsHY5 regulation of CsGLKs

(2)CsGLK1和CsGLK2調控葉綠素合成關鍵酶編碼基因轉錄表達影響葉綠素合成。不同光信號處理下,CsGLK1CsGLK2與光捕獲蛋白CsLHCB、葉綠素合成途徑關鍵酶編碼基因(CsCHLHCsHEMA1CsPORA)的轉錄表達呈現高度相關性。進一步通過分子生物學分析,發(fā)現CsGLK1和CsGLK2能夠和CsLHCB、CsCHLH、CsHEMA1CsPORA啟動子結合,調控茶樹葉片葉綠素合成(圖2)。

Fig.2 Function analysis of CsGLKs regulating light harvesting and chlorophyll biosynthesis

(3)CsGLK1和CsGLK2調控類黃酮合成途徑相關轉錄因子和黃酮醇合成基因。茶園光質試驗發(fā)現濾除自然光中UV-B組分,CsGLKs表達顯著下調,類黃酮(尤其是黃酮醇糖苷類物質)含量顯著降低、類黃酮生物合成途徑關鍵轉錄因及關鍵酶編碼基因表達下調。進一步的分子分析表明,CsGLK1和CsGLK2可以結合CsMYB12CsFLSa、CsDFRaCsLARa基因啟動子,調控茶樹葉片中黃酮醇糖苷物質合成(圖3)。

Fig.3 Function analysis of CsGLKs regulating the flavonoid biosynthetic pathway

意義和創(chuàng)新性

本研究以國家級良種‘舒茶早’茶樹為試驗材料,通過茶園光質試驗、生化分析與分子功能驗證等方法,發(fā)現CsGLK1和CsGLK2通過與CsHY5互作響應并介導UV-B光信號調控茶樹葉綠素和類黃酮合成。這些結果為我們深入了解植物的光調控機制提供新的認知。

END作者及團隊介紹

柳旭陽為該論文的第一作者,劉琳琳和宛曉春為該文的通信作者。

基金介紹

該研究獲得國家自然科學基金面上項目(32072623),國家自然科學基金青年項目(31700611)的資助。

論文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468014123000638

2022年“HPJ文章合集”

期刊簡介

Horticultural Plant Journal是由中國園藝學會、中國農業(yè)科學院蔬菜花卉研究所、中國農業(yè)科學技術出版社有限公司主辦的英文學術期刊??d關于園藝作物種質資源、遺傳育種、栽培技術、生理生化、基因組學、生物技術、植物保護、采后處理與利用等原創(chuàng)性研究論文、研究簡報及綜述等。HPJ已被SCIE、Scopus、BA&BP、DOAJ、CAB Abstracts、Food Science and Technology Abstract等國內外多個重要數據庫收錄,論文在SD網絡出版平臺實現全文開放獲取和在線預出版。2021年最新影響因子4.240,園藝學科Q1區(qū),植物學科Q1區(qū)。2022年中科院期刊分區(qū)(升級版):在農林科學類位于1區(qū),屬于Top期刊;園藝學類位于1區(qū),植物科學類位于2區(qū)。

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