论文部分内容阅读
根据目前研究,山茶科山茶属茶种（Camellia sinensis（L.））的花瓣（以下称茶树花）颜色为白色,有少数是粉红色。本论文以惠州柏塘当地群体种（紫芽,花瓣粉红色）的花瓣为主要研究对象,结合“紫娟”茶树（紫芽,花瓣白色）的花瓣进行转录组和代谢组分析,探讨茶树花花青素通路调控机制,特别是造成两种茶树花花瓣颜色不相同的机理。同时茶树花是可再生资源,而且产量丰富,具有“花期长,花量多,结实少,寿命短”的特点,目前利用率极低,通过对茶树花花青素通路调控机理研究,也许能为改造茶树花颜色提供理论指导,增加茶园观赏价值。其研究结果如下:1、通过同一阶段的粉红色茶树花BTP与白色茶树花ZJW的代谢组（ZJW1vs BTP1,ZJW2vs BTP2,ZJW3vs BTP3,ZJW4vs BTP4,ZJW5vs BTP5）分析表明:在茶树花开花过程中,儿茶素及其衍生物含量是白色茶树花比粉红色茶树花略多,其中白色茶树花明显比粉红色茶树花含有更多的没食子儿茶素。花青素类物质含量是粉红色茶树花比白色茶树花含量多,粉红色茶树花中矢车菊素-O-丁香酸、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和牵牛花色素-3-O-葡萄糖苷色素明显比白色茶树花含量更多,其次是天竺葵素-3-O-葡萄糖苷色素,这显然是两种茶树花颜色不同的原因。2、茶树花开花过程中,通过分析粉红色茶树花的代谢组（BTP1vs BTP3,BTP2vs BTP3,BTP2vs BTP4,BTP3vs BTP4,BTP3vs BTP5,BTP4vs BTP5）,与花青素合成相关的代谢物变化情况是:儿茶素及其衍生物（含量多）、花青素类（含量较多）、槲皮素和山柰酚、圣草酚、柚皮素和柚皮苷查尔酮的含量基本呈现既不上调,也不下调;二氢杨梅素在粉红色茶树花开花过程中其含量缓慢下降。总之,与花青素生物合成通路相关代谢物的含量总体上保持稳定。3、茶树花开花过程中,通过分析白色茶树花的代谢组（ZJW1v ZJWP3,ZJW2vs ZJW3,ZJW2vs ZJW4,ZJW3vs ZJW4,ZJW3vs ZJW5,ZJW4vs ZJW5）,与花青素合成相关的代谢物变化情况是:与花青素生物合成通路相关的代谢物总体上呈现下降趋势。其中黄烷酮类物质含量有缓慢下降,儿茶素及其衍生物的含量显著下降,但其含量多;花青素类和黄酮醇类物质含量基本维持稳定,但其含量很少。4、茶树花开花过程中,通过分析粉红色茶树花的转录组（BTP1vs BTP3,BTP2vs BTP3,BTP2vs BTP4,BTP3vs BTP4,BTP3vs BTP5,BTP4vs BTP5）发现:有利于花青素代谢物合成的基因,除DFR中的CSA003949基因在3阶段前下调外,在3阶段前大部分基因既不上调也不下调,3阶段后上调。不利于花青素代谢物合成的基因中,除LAR基因（CSA018523）下调外,大部分呈现维持稳定,小部分上调趋势。LAR基因的下调,也是反式儿茶素类比顺式儿茶素类更少的原因之一。5、茶树花开花过程中,通过分析白色茶树花的转录组（ZJW1v ZJWP3,ZJW2vs ZJW3,ZJW2vs ZJW4,ZJW3vs ZJW4,ZJW3vs ZJW5,ZJW4vs ZJW5）发现:有利于花青素代谢物合成的基因,除CHI（CSA023536）、CHS（CSA031662）和DFR（CSA003949,CNG 45659）基因下调,其他基因在2阶段前是降低表达的（1阶段表达水平最高）,3至4阶段是上调,其他阶段基因表达与前一个阶段维持稳定水平。不利于花青素代谢物合成的基因中,除LAR基因（CSA018523,CSA01986）下调,大部分呈现上调或维持稳定的趋势。6、结合代谢组和转录组分析,得出结论:ANR基因在两种茶树花中的表达水平相似,ANR基因的调控不是两种茶树花颜色不同的原因,ANR基因比UGT75C1基因表达水平高,所以儿茶素及其衍生物含量要明显比花青素类物质含量多。DFR基因的调控差异是造成两种茶树花颜色不同的主要原因:DFR基因中CSA0035727对应天竺葵素Pelargonidin的合成,CNG45659和CNG38209对应矢车菊素Cyanidin的合成,CNG7970和CSA003949对应飞燕草素（Delphinidin）的合成。DFR基因调控的差异使得在白色茶树花中花青素生物合成通路更集中于飞燕草色素合成支路,而在红色茶树花中则集中于矢车菊色素支路,从而使得粉红色茶树花比白色茶树花含有更多的矢车菊素,最终造成“紫娟”茶树花ZJW显白色,惠州柏塘当地群体中茶树花BTP显粉红色。这也是白色茶树花比粉红色茶树花含有更多的没食子儿茶素（Epigallocatechin）的原因。另外UGT75C1基因中CSA018076和CSA028872基因也与两种茶树花的颜色差异有原因,因为这两个基因在两种茶树花中差异表达略明显,加强了DFR基因调控的结果。7、总的来说,两种茶树花在开花过程中,花青素合成途径的基因调控方式是相似的,但是粉红色茶树花几乎在所有的基因都比白色茶树花的对应基因表达水平更高。大部分与花青素合成相关的代谢物含量,粉红色茶树花比白色茶树花多,但白色茶树花的没食子儿茶素和二氢杨梅素含量比粉红色茶树花多。粉红色茶树花的儿茶素及其衍生物总量虽然相对白色茶树花较少,但儿茶素（Epicatechin）和花青素含量较多,且具有更大的观赏价值。