由茶树叶片加工而成的各类茶由于幼嫩芽叶中含有丰富多样的次生代谢产物，如咖啡碱、儿茶素类、茶氨酸，胡萝卜素类和挥发类物质等而使得成品茶叶滋味丰富，健康功能显著，深受欢迎。然而这些种类多样且含量极高的次生代谢物的合成如何与茶树顶稍发育被协同调控目前还不清楚。近日，安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室赵剑课题组在国际期刊The Plant Journal上发表了题为“Diverse roles of MYB transcription factors in regulating secondary metabolite biosynthesis and shoot development and stress response in tea plants (Camellia sinensis)”的研究论文，系统研究了MYB转录因子家族参与茶树几种特征性次生代谢物合成调控，茶树幼叶嫩茎发育，及对逆境胁迫响应的调控过程的部分分子机制。

MYB转录因子是植物中成员最多的基因家族之一，广泛参与调控植物细胞发育形态和模式建成，根茎叶生长、次生代谢、和逆境胁迫响应等细胞和生理过程。在茶树基因组中共鉴定到221个MYB成员，包括1R、2R和3R三种类型。这些MYB基因具有明显的组织特异性表达，其中有48个MYB在根中高表达，有37个MYB在芽和幼嫩叶片中高表达，这些MYB基因可能参与调控茶树特征性化合物合成，如茶氨酸、儿茶素类、咖啡碱和挥发类物质等。黄酮类化合物（儿茶素类、黄酮醇、花青素）对茶叶风味和健康功效起重要作用。该研究通过进化树分析，筛选了茶树中所有可能参与调控黄酮类化合物合成的MYB转录因子，结合大量转录组和代谢组数据关联分析、酵母双杂交/BiFC实验，拟南芥遗传互补等实验，分析研究了候选MYB基因的功能。对MYB抑制子参与这些过程的调控也做了分析。发现茶树的MYB抑制子结构和表达特征，并对关键转录因子调控花青素和表皮毛发育进行了功能验证（图1）。

图1：茶树中参与黄酮类化合物合成调控的MYB转录因子筛选和功能鉴定

茶树叶片的嫩度是决定茶叶品质的基本要素。木质素含量高低是植物叶片嫩度的标志。木质素合成受一系列转录因子调控，其中MYB转录因子起核心作用。该研究首先分析了影响茶树顶稍持嫩性及茶叶产量的幼茎不同发育阶段中木质素合成积累，并结合转录组数据，对木质素合成途径结构基因以及可能参与调控的MYB等转录因子进行了鉴定。与拟南芥类似，茶树幼茎的木质素合成也受到明显的多层次转录因子网络所调控：NAC类型转录因子（NST1/NST2/NST3）和拟南芥AtMYB83/MYB46的同源基因CsMYB164、CsMYB192等在茎发育早期呈现高表达；而下游一系列MYB基因则在茎发育中后期表达水平较高，呈现明显的分层调控特征。此外，一些MYB抑制子也参与了木质素合成。基因共表达分析也进一步验证了MYB基因对木质素合成途径的调控关系（图2）。

胡萝卜素对茶叶的感官品质也有重要贡献。该研究通过代谢和转录组关联分析、结合同源搜索等，重点对参与调控胡萝卜素合成的MYB转录因子进行了筛选和功能鉴定。该研究鉴定到一个R2R3 MYB转录因子MYB110，参与调控茶树胡萝卜素合成，并在茶树叶片和烟草叶片中对其功能进行了验证。进一步研究发现，茶树TT8基因也参与了胡萝卜素合成调控，且二者都处于茶树基因组选择消除区域，可能受到了环境和人工选择。酵母双杂交、BiFC以及启动子激活实验表明MYB110、TT8、WD40等蛋白互作，以蛋白复合体的形式，调控胡萝卜素代谢途径结构基因（图2）。

图2：茶树中参与木质素和胡萝卜素合成的MYB转录因子筛选和功能鉴定

此外，该研究还通过生物信息学初步分析和预测了MYB转录因子家族参与茶树茶毫发育、根毛发育、气孔发育、次生代谢（萜类化合物、咖啡碱、茶氨酸吲哚类物质合成）、多种逆境胁迫响应过程中的可能功能。除了鉴定MYB110参与胡萝卜素合成调控， TT8一因多效，和多个同源R2R3 MYB转录因子冗余地参与儿茶素类合成调控外，该研究也汇聚集了大量的转录组和代谢组数据，初步注释了一些MYB候选基因可能参与的各种代谢途径、发育过程和逆境响应的功能，为后期深入解析茶树发育和次生代谢协同调控机制提供了有价值的参考依据和线索。

安徽农业大学茶与食品科技学院李鹏辉副教授为第一作者，赵剑教授为通讯作者。夏恩华教授、童伟副教授、四川农业大学唐茜教授、美国俄克拉荷马州立大学Million Tadege教授以及德国马克思普朗克分子植物生理研究所Alisdair R. Fernie教授等参与了研究。此研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽农业大学神农学者人才计划等资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15729