Beverage Plant Res | 华中农业大学郭飞团队在CsmiR396d介导的茶树谷氨酰胺代谢研究方面取得新进展

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。

原文链接：

https://doi.org/10.48130/BPR-0023-0038

特邀作者：李慧

编辑：顾笑寅

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About Beverage Plant Research

Beverage Plant Research 是一本开放获取的期刊，致力于传播饮料作物领域研究进展，专注于发表本领域原创研究文章、综述、评论和观点。主题范围包括但不限于饮料植物生物学、品质与化学分析、饮料植物与人类健康等。本刊由中国农业科学院茶叶研究所、中国茶叶学会与Maximum Academic Press联合出版，期刊主编由中国农业科学院茶叶研究所陈宗懋院士与美国伊利诺伊理工大学Brian Schaneberg博士共同担任。目前期刊已被Scopus、CABI等国际知名大型数据库收录。

期刊官网：

www.maxapress.com/bpr

投稿链接：

mc03.manuscriptcentral.com/bevpr

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