论文部分内容阅读
植物激素赤霉素(gibberellins,GAs)作为重要的信号分子,通过一系列的信号转导途径调控植物种子休眠、腋芽萌发生长以及次生代谢等重要生物过程,GA在大幅度提升农作物产量的“绿色革命”中发挥了至关重要的作用。目前,赤霉素及其抑制剂作为植物生长调节剂已经广泛应用于农业生产,然而,赤霉素应用于茶叶品质与产量的提升等方面的研究十分有限,赤霉素调控茶叶品质尤其是调控茶氨酸的合成代谢机制目前还不清晰。本研究在GA调控茶树生长发育和茶氨酸生物合成、GA调控Cs TS1表达的机制等方面开展了系统研究,初步解析了赤霉素调控茶氨酸合成的生理与分子机制,取得了以下研究结果。1.赤霉素显著促进茶树新梢生长和茶叶产量提高GA3处理有效促进了茶树新梢萌发,显著促进了茶树新梢的伸长,使茶树新梢生长阶段较对照(Mock)生长阶段提前,使新梢产量较对照增加56%,达极显著水平;赤霉素生物合成抑制剂烯效唑(uniconazole,UZ)处理抑制了茶树新梢萌发与伸长,产量下降12%,达显著水平;GA3处理促进了茶树新梢发育,采适期提早5-7 d。2.赤霉素显著提升茶树新梢中茶氨酸合成和积累茶树新梢生长阶段的赤霉素与茶氨酸含量动态变化监测结果表明,其GA3和茶氨酸的变化趋势显著正相关,GA3处理使新梢中茶氨酸含量提升了27%,茶氨酸合成关键基因Cs TS1表达量上调。通过RNA-seq分析筛选发现了9个与赤霉素信号转导相关的转录因子,将其与茶氨酸合成途径的Cs TS1、Cs GSII-1.1、Cs GSII-1.2、Cs GSII-1.3和Cs GSII-2等基因进行表达模式关联分析,并对赤霉素信号途径的转录因子进行富集,确定ERF、BPBF、GAMYB和WRKY71为潜在的参与调控茶氨酸合成的关键转录因子。3.赤霉素通过降低碳同化来促进茶树新梢的茶氨酸合成赤霉素处理降低了茶树幼嫩叶片中叶绿素含量、光系统II中的光化学淬灭系数和相对电子传递速率,使茶树新梢中碳同化速率相对降低,从而有利于其碳氮循环朝更有利于氮代谢的方向进行,进而促进了茶树新梢中含氮化合物的合成和茶氨酸等中间产物积累。同时UZ处理茶树新梢后其茶氨酸含量较对照相对降低,光合作用相关参数相对升高,进一步验证了赤霉素对茶氨酸合成的正向调控作用。4.深入阐明了Cs TS1表达模式和生物学功能克隆保靖黄金茶1号(HJ1)Cs TS1基因全长,序列比对结果表明该基因为茶氨酸合成酶基因,并将其转入模式植物拟南芥中对该基因进行异源表达,对阳性拟南芥植株进行茶氨酸合成底物饲喂,验证了其功能。将该基因的启动子(Pro Cs TS1)与GFP融合并通过载体转入拟南芥中,发现GA3可上调GFP蛋白的表达,表明GA3对茶树新梢中Cs TS1同样具有上调作用,其通过转录因子与pro Cs TS1的互作实现。对pro Cs TS1序列进行生物信息学分析,在-600 bp范围内发现了ERF、BPBF和WRKY71等3个转录因子的结合位点,进一步判定这些转录因子调控了Cs TS1的表达。5.初步解析了赤霉素介导的茶氨酸生物合成调控途径鉴定了赤霉素参与调控茶氨酸生物合成的关键转录因子。酵母单杂交实验发现ERF、WRKY71与pro Cs TS1有互作反应,通过EMSA实验验证其作用位点,发现WRKY71可结合启动子上TGAC元件从而调控Cs TS1的表达。GA3可解除WRKY71转录因子对赤霉素信号的抑制,并与ERF协同促进Cs TS1上调表达。本文初步研究了赤霉素对茶树碳氮代谢平衡的影响及其生理机制,鉴定了茶氨酸生物合成的关键转录因子,初步阐明了赤霉素调控茶叶品质尤其是调控茶氨酸的合成代谢的生理与分子机制,为茶叶品质的提高和高茶氨酸含量茶树品种的创制提供了重要参考,在茶叶生产中具有重要的理论价值与实践意义。