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Beverage Plant Res | 华中农业大学郭飞团队在CsmiR396d介导的茶树谷氨酰胺

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茶树是重要的经济作物,因富含独特的风味物质和功能成分深受消费者喜爱。谷氨酰胺合成酶是茶树将无机氮同化为有机氮的第一个酶,是氮同化的限速酶,对茶树的初级代谢、次级代谢以及品质形成都有重要的影响。许多研究表明,miRNA在植物生长、发育、次生代谢和抗性方面发挥了重要作用。但是目前miRNA在茶树谷氨酰胺代谢中的作用尚不清楚,还需要进一步深入研究。2024年2月,Beverage Plant Research 在线发表了华中农业大学园艺林学学院郭飞副教授课题组题为CsmiR396d targeting of CsGS2 plays an important role in glutamine metabolism of tea plant (Camellia sinensis) 的研究论文。首先,根据前期的sRNA和降解组数据,筛选到与茶树谷氨酰胺代谢相关的CsmiR396d及其靶基因CsGS2(glutamine synthetase)。定量实验发现CsmiR396d和CsGS2的表达量在‘福鼎大白茶’的嫩芽、第一叶、成熟叶、老叶、侧根、花和果实这7个部位呈相反的趋势,与miRNA与其靶基因的表达特征相符。随后,通过5’RLM-RACE实验和烟草瞬时表达体系(图1),分别在茶树体内和体外证明了CsmiR396d对CsGS2 的剪切作用。

图1 烟草瞬时表达实验验证CsmiR396d和CsGS2之间的相互作用

接着,通过茶树瞬时表达体系研究了CsmiR396d和CsGS2 在茶树谷氨酰胺代谢中的作用。与对照相比,在CsmiR396d沉默的叶片中,CsGS2 的表达量和谷氨酰胺含量显著增加;而在CsmiR396d过表达的叶片中,CsGS2 的表达量和谷氨酰胺的含量显著下降,CsGS1.2 的表达量显著升高。在CsGS2 沉默的茶树叶片中,CsmiR396d的表达量显著上升,谷氨酰胺含量减少,CsGS1.2,CsTSI(theanine synthetase)以及CsMYB73 的表达量都显著下调。在CsGS2 过表达叶片中,CsmiR396d 的表达量变化不显著,但是叶片中谷氨酰胺含量显著上升。

最后,通过CsmiR396d和CsGS2 过表达拟南芥株系,研究了CsmiR396d和CsGS2 在植物谷氨酰胺代谢中的作用。与野生型拟南芥相比,CsGS2 过表达拟南芥株系中GS2 的表达水平以及谷氨酰胺含量显著增加,GLN1;3(glutamine synthetase)的表达量显著下降。而在CsmiR396d过表达拟南芥株系中,GS2的表达水平和谷氨酰胺含量显著降低,GLN1;3 的表达量相比CsGS2 过表达拟南芥株系升高了许多(图2)。说明在CsmiR396d降低了GS2 基因的表达量后,植物通过增加GS2 同工酶GLN1;3 的表达来维持自身的正常生长发育。

以上结果表明CsmiR396d通过对CsGS2 的调控,在茶树谷氨酰胺代谢中发挥了重要作用。研究结果不仅揭示了CsmiR396d在茶树氮同化中的可能作用,也将为转录后水平调节茶树氮利用提供理论依据和参考。

图2 异源超表达CsmiR396d对拟南芥谷氨酰胺代谢的影响

本文第一作者为华中农业大学园艺林学学院茶学2022届博士李慧,现就职于武汉轻工大学生命科学与技术学院,从事茶树miRNA及次生代谢相关研究。华中农业大学园艺林学学院郭飞副教授为本文的通讯作者。本研究在国家重点研发计划(2022YFD1200505)、国家自然科学基金(32272766)和湖北省科技厅园艺作物种质资源平台(2021DFE016)等项目的资助下完成。

内容资源由项目单位提供

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太师级
茶树是重要的经济作物,因富含独特的风味物质和功能成分深受消费者喜爱。谷氨酰胺合成酶是茶树将无机氮同化为有机氮的第一个酶,是氮同化的限速酶,对茶树的初级代谢、次级代谢以及品质形成都有重要的影响。
2024-04-04
徐堂金
少傅级
茶树是重要的经济作物,因富含独特的风味物质和功能成分深受消费者喜爱。
2024-04-03
广播发烧友@
少傅级
miRNA在植物生长、发育、次生代谢和抗性方面发挥了重要作用。
2024-04-03