近日，安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室韦朝领团队在《Science Advances》期刊在线发表了题为“Functional diversification of CsCAD14 orchestrates synergistic phenylpropanoid biosynthesis to defend gray blight disease in tea plants”的研究论文。该研究揭示茶树肉桂醇脱氢酶CsCAD14具有双催化活性，即同时合成羟基肉桂醇（木质素单体）和羟基肉桂酸两类抑菌物质，二者协同抑制轮斑病病原菌生长能力更强。这一发现拓展了人们对苯丙烷代谢酶功能多样化的认识，同时为茶树抗轮斑病的分子辅助育种提供了新的基因资源和理论依据。

茶树轮斑病由拟盘多毛孢属真菌（Pestalotiopsis-like）引发，是我国茶区广泛发生的重要叶部病害。该病害会造成叶片坏死脱落、嫩梢枯死，可直接导致茶叶产量损失10-20%，同时严重影响鲜叶品质。当前生产上主要依靠的化学药剂防治面临病原菌耐药、茶叶农残风险，挖掘茶树自身抗病基因进行抗病育种成为产业迫切需求。

苯丙烷代谢是植物核心次生代谢网络，主要包括木质素、酚酸等大量防御活性物质，而茶树富含苯丙烷类代谢物质。传统认知中，肉桂醇脱氢酶（CAD）功能单一，主要负责羟基肉桂醇（木质素单体）合成。本研究发现，茶树CsCAD14具备独特的双催化酶活性，可同时催化生成羟基肉桂醇与羟基肉桂酸两类抗真菌代谢物（图1），这两类物质能够协同抑制轮斑病菌生长，且防御效果优于单一物质处理。与之对比，同源基因CsCAD11仅具备合成羟基肉桂醇的单催化酶活性，其抗病能力也显著弱于CsCAD14（图2）。

图1 茶树CsCAD14的双催化酶活性分析

团队在感病茶树品种‘丹桂’中发现CsCAD14编码区第191位为杂合C/T基因型，分别编码脯氨酸和亮氨酸，而抗病茶树品种‘金萱’该位点为纯合C/C基因型（图2）。基于团队构建的‘丹桂’与‘金萱’F₁杂交群体分析发现，该变异与抗病表型共分离，其中纯合C/C基因型植株表现为抗病，而杂合C/T植株为感病表型；纯合C/C基因型子代植株可保留完整双催化酶活性，植株体内羟基肉桂醇和羟基肉桂酸积累量显著提升，表现出轮斑病高抗性，而杂合C/T子代植株表现为感病。进一步研究发现，当抗病等位基因由C变为T时，其蛋白双催化酶活性彻底消失，同时该位点不改变基因转录水平，因此可作为茶树种质抗病差异的关键遗传位点，该位点也有望作为分子标记，辅助茶树杂交子代和新品种的抗病性鉴定与预测。

图2 ‘丹桂’ב金萱’F1杂交群体中CsCAD14遗传变异与功能分析

通过同源建模、分子对接与定点突变实验，研究锁定NADP (H) 结合结构域第192位缬氨酸V192是实现双催化酶活性的核心关键氨基酸。将该位点突变为亮氨酸，CsCAD14 就会丧失双催化酶活性，转变为仅能合成羟基肉桂醇的单功能酶。进化分析显示，藻类 CAD 蛋白该位点为亮氨酸，只有陆生植物中该位点演化为缬氨酸，受正向选择压力驱动。说明植物从水生向陆生演化过程中，病原菌等生物胁迫压力驱动CAD发生新功能化，进化出双催化活性酶，构建协同酚类防御体系，提升真菌病害抵抗能力（图3）。

图3 植物中双催化活性酶CAD功能位点特征与进化分析

综合上述结果，本研究提出了双催化活性酶CsCAD14通过合成羟基肉桂醇与羟基肉桂酸协同抑制轮斑病感染茶树的分子模型（图4）。该研究首次在酶学与遗传水平上阐明了双催化活性 CAD通过协同苯丙烷代谢增强茶树抗轮斑病的分子机制。研究不仅揭示了CAD功能多样化在植物陆生演化与抗病防御中的重要作用，而且为利用CsCAD14及其功能变异位点进行茶树抗病分子辅助育种提供了重要的基因资源和理论依据。

图4 双催化活性酶CsCAD14提高茶树对轮斑病抗性的分子模型

安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室为该论文第一单位。博士研究生许琳琳、硕士研究生黄松岩和邓杰为论文的共同第一作者，朱俊彦副教授、韦朝领教授和美国北卡罗来纳州立大学谢德玉教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（32472791、32202542）、安徽省高校自然科学研究项目（2025AHGXZK40754）、茶树生物学与品质化学学科创新引智基地（D20026）、茶树种质创新与资源利用全国重点实验室自主研究项目（SKLTEA-ZZ202502），以及安徽省茶树种质资源圃项目的资助。