4月19日，國際植物學權威學術期刊《植物學雜志》(The Plant Journal) 在線發(fā)表安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室夏濤教授團隊的題為《深入了解?；瘷C制：共表達絲氨酸羧肽酶類?；D移酶和非催化伴侶旁系蛋白》(Insights into acylation mechanisms: Co-expression of serine carboxypeptidase-like acyltransferases and their noncatalytic companion paralogs)的文章，最終揭開了茶樹酯型兒茶素合成之謎。
我國的茶葉品類豐富，飲茶人群眾多。茶產(chǎn)品具有獨特的苦澀風味，這與茶鮮葉中富含的酚類物質(zhì)，特別是酯型兒茶素密切相關。酯型兒茶素除了影響茶葉的感官品質(zhì)，同時也是對人體健康非常有益的一類物質(zhì)，具有抗氧化，減肥降脂，抗病毒等功效。
酯型兒茶素作為茶葉中的“明星物質(zhì)”，它的生物合成通路始終是個謎題。究竟是什么基因在控制它的合成?這也成為當前茶樹生物學領域的研究重點。
在國家基金委支持下，安徽農(nóng)業(yè)大學茶學科研團隊多年來一直堅持探索茶樹酯型兒茶素的合成及水解途徑。
· 2012年，夏濤課題組第一次證實茶樹酯型兒茶素沒食子酰基化過程涉及兩步反應(Journal of Biological Chemistry，2012)。
· 2016年，酯型兒茶素沒食子糖基化形成的CsUGT84A基因功能得到驗證(Journal of Experimental Botany，2016)。
· 2019年，課題組成功解析了非酯型兒茶素合成關鍵酶在聚合態(tài)兒茶素合成中的作用機制(The Plant Journal，2019)。
· 2020年，課題組首次報道參與酯型兒茶素水解的植物單寧酶基因家族Tannase(New Phytologist，2020)。
但是茶樹酯型兒茶素合成機理的研究舉步維艱，進展緩慢。
經(jīng)過近十年的探索，課題組通過酶學、生物化學、分子生物學等技術手段，利用傳統(tǒng)的蛋白分離純化手段，從茶樹中純化了酯型兒茶素合成酶，再經(jīng)過蛋白質(zhì)譜鑒定和匹配茶樹基因組，篩選到兩條SCPL同源基因序列。課題組將其分別命名為CsSCPL4和CsSCPL5。
▲ 基因共表達策略(a)及茶樹酯型兒茶素合成代謝途徑(b)
這兩條基因在茶樹不同組織器官具有相同的表達規(guī)律，都是在幼嫩葉高表達，這也與酯型兒茶素的積累規(guī)律一致。為了進一步驗證兩條SCPL基因的功能，課題組通過植物異源蛋白表達系統(tǒng)進行酶學實驗，結果表明，當CsSCPL4和CsSCPL5在煙草植株體內(nèi)單獨表達時，重組蛋白不具有酶催化活性;只有當CsSCPL4和CsSCPL5在煙草植株體內(nèi)共表達時，重組蛋白具有明顯的催化活性，能夠催化底物生成酯型兒茶素。
▲ 富含單寧植物中的SCPL4?；D移酶和它們的非催化伴侶
課題組通過蛋白序列分析比對發(fā)現(xiàn)，CsSCPL4具有保守的催化三殘基(S-D-H)，而CsSCPL5的催化三殘基存在突變現(xiàn)象，為T-D-Y。課題組后續(xù)通過一系列點突變實驗證實了CsSCPL4具有酶催化功能，CsSCPL5則具有非催化伴侶功能。隨后的蛋白互作實驗進一步證明了CsSCPL4和CsSCPL5存在相互作用。蛋白質(zhì)免疫印跡實驗表明，在共表達系統(tǒng)中，CsSCPL5能夠維持CsSCPL4前肽的穩(wěn)定性，促進CsSCPL4前肽加工為成熟蛋白，進而發(fā)揮酶功能。
這一研究成果為茶樹酯型兒茶素的代謝調(diào)控提供了重要的基因靶點，也為茶樹遺傳改良和品質(zhì)提升等領域提供堅實的理論基礎。
茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室博士生姚勝波和生命科學學院劉亞軍教授為論文共同第一作者，夏濤教授、高麗萍教授和美國北卡羅萊納州州立大學謝德玉教授為共同通訊作者。相關工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和安徽省自然科學基金的資助。
來源：中國茶葉加工
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