茶樹(shù)類(lèi)胡蘿卜素累積及其相關(guān)基因表達(dá)模式研究.pdf

1、茶[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]是一種用于生產(chǎn)無(wú)酒精飲料的多年生木本植物，被稱(chēng)為傳統(tǒng)的“亞洲飲料”，在茶葉生產(chǎn)國(guó)的經(jīng)濟(jì)具有重要地位。隨著全球茶葉生產(chǎn)國(guó)及其產(chǎn)量的增加，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇，生產(chǎn)國(guó)的研究精力更多地由原來(lái)重視產(chǎn)量轉(zhuǎn)向重視質(zhì)量。茶葉質(zhì)量是一個(gè)復(fù)雜的因素，其中香氣化合物含量和組成是影響成品茶葉感官品質(zhì)的重要決定因子。有研究報(bào)道，茶葉中的許多香氣化合物都來(lái)源于類(lèi)胡羅卜素。然而，相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道卻不多。深入了解

2、不同茶類(lèi)，如紅茶、綠茶和烏龍茶栽培品種的類(lèi)胡羅卜素含量、在不同收獲季節(jié)的含量變化及其與所生產(chǎn)茶類(lèi)及香氣形成的關(guān)系，對(duì)于進(jìn)一步掌握類(lèi)胡羅卜素與茶葉感官品質(zhì)之間的關(guān)系有重要意義，而且十分必要。 類(lèi)胡羅卜素不但對(duì)植物來(lái)講具有一系列的特殊功能，而且也是動(dòng)物和人類(lèi)的膳食中也是重要的成分。在過(guò)去的若干年份里，幾乎所有與編碼綠色植物類(lèi)胡羅卜素生物合成相關(guān)酶類(lèi)的基因和cDNA都已經(jīng)進(jìn)行了鑒定或測(cè)序，有關(guān)編碼的蛋白質(zhì)等產(chǎn)物的特性也進(jìn)行了分析。綜合

3、有關(guān)類(lèi)胡羅卜素生物合成相關(guān)基因的信息，了解這些基因表達(dá)在類(lèi)胡羅卜素生物合成及累積中的作用，對(duì)于開(kāi)發(fā)調(diào)節(jié)類(lèi)胡羅卜素代謝途徑，改變類(lèi)胡羅卜素的累積方式等方面都具有重要意義。 本研究選擇中國(guó)生產(chǎn)紅茶、綠茶和烏龍茶代表性品種12個(gè)，研究其在不同采收季節(jié)種類(lèi)胡羅卜素累積的情況。八氫番茄紅素合成酶(phytoene synthase，PSY)和八氫番茄紅素脫氫酶(phytoenedesaturase，PDS)是類(lèi)胡羅卜素生物合成途徑中第一步

4、和第二步的催化酶。堇菜黃質(zhì)去環(huán)氧酶(violaxanthin de-epoxidase，VDE)是類(lèi)胡羅卜素生物合成途徑中葉黃素循環(huán)的關(guān)鍵酶。本文鑒定了茶樹(shù)中的該3種酶基因(Accession no：PSY, EF545005；PDS,EU275984 and VDE。EU091350)，研究了不同收獲季節(jié)這些基因的表達(dá)模式，同時(shí)對(duì)低溫敏感型葉綠素缺乏的白化變異體茶樹(shù)中這些酶基因表達(dá)進(jìn)行了比較。 研究結(jié)果顯示，供試的12個(gè)品種在

5、不同采摘季節(jié)的類(lèi)胡羅卜素含量差異顯著，其變化幅度甚至大于品種之間的變異。就品種之間比較而言，綠茶品種龍井-43的類(lèi)胡羅卜素含量最高；但從同一季節(jié)的前后期比較，后期收獲的鮮葉類(lèi)胡羅卜素含量高于前期收獲的鮮葉。以香氣品質(zhì)突出的烏龍茶，一般是利用每個(gè)季節(jié)后期的成熟新梢加工而成。這也意味著類(lèi)胡羅卜素含量在茶葉香氣形成過(guò)程中具有重要作用。 為了分析類(lèi)胡羅卜素以及多酚類(lèi)含量與揮發(fā)性香氣化合物(volatile flavour compoun

6、d，VFC)之間的關(guān)系，本研究對(duì)12個(gè)供試品種的春梢早期的鮮葉固定樣品進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，類(lèi)胡羅卜素與VFC之間不存在簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。對(duì)于類(lèi)胡羅卜素起源的VFC需要準(zhǔn)確的進(jìn)一步定性和定量鑒定以及對(duì)類(lèi)胡羅卜素降解酶類(lèi)活力的深入研究，才有可能了解類(lèi)胡羅卜素與VFC形成之間的內(nèi)在關(guān)系。雖然有研究表明，高含量多酚類(lèi)對(duì)VFC的形成是有阻礙作用的，但本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，多酚類(lèi)含量與VFC之間也不存在直接的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系。 用RT-PCR半定量方法

7、分析了綠茶品種龍井-43和紅茶品種玉蘭的PSY，PDS和VDE基因表達(dá)譜，同時(shí)測(cè)定了相應(yīng)季節(jié)的類(lèi)胡羅卜素含量。研究揭示，PSY和PDS基因表達(dá)量與類(lèi)胡羅卜素類(lèi)及量之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。但PDS基因的表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PYS基因，某些季節(jié)甚至不表達(dá)。VDE酶的作用是催化堇菜黃質(zhì)(violaxanthin)轉(zhuǎn)化為玉米黃質(zhì)(zeaxanthin)，而玉米黃質(zhì)是一種具有光保護(hù)功能的化合物。在逆境條件下VDE基因具有較高的表達(dá)。本研究結(jié)果證明，在高

8、溫強(qiáng)光的夏季，VDE基因大量表達(dá)。但VDE基因的表達(dá)與堇菜黃質(zhì)含量之間不存在相關(guān)性。 在低溫誘導(dǎo)的白化變異體茶樹(shù)中，白化葉片的PSY，PDS和VDE基因表達(dá)高于同植株的綠色葉片。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，白化葉片中類(lèi)胡羅卜素含量很低，葉綠體發(fā)生岐變。類(lèi)胡羅卜素生物合成途徑相關(guān)酶的基因是核基因，但也參與質(zhì)體的生物合成途徑。根據(jù)質(zhì)體信號(hào)傳導(dǎo)學(xué)說(shuō)理論，編碼質(zhì)體酶的核基因的表達(dá)受到質(zhì)體信號(hào)的調(diào)節(jié)。因?yàn)樵诰哂嗅冑|(zhì)體組織中發(fā)現(xiàn)PSY，PDS和VD

9、E的高表達(dá)，說(shuō)明這些基因的表達(dá)是受質(zhì)體信號(hào)的負(fù)向調(diào)節(jié)的。 PSY基因表達(dá)與茶葉類(lèi)胡羅卜素的累積呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，本研究應(yīng)用cDNA末端快速擴(kuò)增的3'-RACE和5'-RACE技術(shù)克隆了PSY全長(zhǎng)基因序列。根據(jù)推導(dǎo)的氨基酸序列建立了茶樹(shù)PSY基因與其他作物種PSY基因系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化樹(shù)。結(jié)果顯示，茶樹(shù)PSY基因與Adonis palaestina和Citrus sinensis的關(guān)系最密切，相似性均達(dá)到90％。 總之，本研究揭示