4月19日，國際植物學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《植物學(xué)雜志》(The Plant Journal) 在線發(fā)表安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室夏濤教授團(tuán)隊(duì)的題為《深入了解酰化機(jī)制：共表達(dá)絲氨酸羧肽酶類?；D(zhuǎn)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(dú)特的苦澀風(fēng)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(guān)。酯型兒茶素除了影響茶葉的感官品質(zhì)，同時(shí)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(gè)謎題。究竟是什么基因在控制它的合成?這也成為當(dāng)前茶樹生物學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
在國家基金委支持下，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)科研團(tuán)隊(duì)多年來一直堅(jiān)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(shí)茶樹酯型兒茶素沒食子?；^程涉及兩步反應(yīng)(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(yàn)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(guān)鍵酶在聚合態(tài)兒茶素合成中的作用機(jī)制(The Plant Journal，2019)。
· 2020年，課題組首次報(bào)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(jī)理的研究舉步維艱，進(jìn)展緩慢。
經(jīng)過近十年的探索，課題組通過酶學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)等技術(shù)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(dá)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(dá)規(guī)律，都是在幼嫩葉高表達(dá)，這也與酯型兒茶素的積累規(guī)律一致。為了進(jìn)一步驗(yàn)證兩條SCPL基因的功能，課題組通過植物異源蛋白表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行酶學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)CsSCPL4和CsSCPL5在煙草植株體內(nèi)單獨(dú)表達(dá)時(shí)，重組蛋白不具有酶催化活性;只有當(dāng)CsSCPL4和CsSCPL5在煙草植株體內(nèi)共表達(dá)時(shí)，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(zhuǎn)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(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了CsSCPL4和CsSCPL5存在相互作用。蛋白質(zhì)免疫印跡實(shí)驗(yàn)表明，在共表達(dá)系統(tǒng)中，CsSCPL5能夠維持CsSCPL4前肽的穩(wěn)定性，促進(jìn)CsSCPL4前肽加工為成熟蛋白，進(jìn)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(diǎn)，也為茶樹遺傳改良和品質(zhì)提升等領(lǐng)域提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生姚勝波和生命科學(xué)學(xué)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(xué)謝德玉教授為共同通訊作者。相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和安徽省自然科學(xué)基金的資助。
來源：中國茶葉加工
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