最新研究揭示茶樹茶胺酸代謝之奧秘

茶胺酸，一種獨特的非蛋白胺基酸，其代謝過程在茶樹（Camellia sinensis）的種植與製茶過程中，是決定茶葉品質的必要生物過程。

有學者提出了一個關於CsMYB73負向調控「黃魁」茶芽從黃轉綠過程中，由CsGGT2和CsGGT4介導的茶胺酸積累的模型。藍色箭頭表示與CsGGT2相關的茶胺酸代謝；橙色箭頭表示與CsGGT4相關的茶胺酸代謝；黑色箭頭代表基因表達的上調和下調以及茶胺酸含量的變化；灰色箭頭代表正向作用，灰色垂直線代表抑制作用。Glu是麩醯胺酸；CsGGT2和CsGGT4是茶樹的γ - 麩胺醯轉肽酶；CsMYB73是茶樹的轉錄因子。帶問號的橢圓代表可能參與此模型但尚未經驗證的調控因子。在「黃魁」茶葉黃化期間，CsMYB73的顯著抑制進一步抑制了茶胺酸水解酶CsGGT2的活性，並啟用了茶胺酸合成酶CsGGT4的活性，導致茶芽中茶胺酸積累水平較高。隨著茶芽從黃轉綠，CsMYB73的上調導致茶胺酸水解酶CsGGT2活性增強，同時抑制了茶胺酸合成酶CsGGT4對茶胺酸的合成。因此，這一過程最終導致「黃魁」茶芽中茶胺酸積累水平持續降低。（圖片來源：Chang等人，doi: 10.1093/hr/uhae012）

茶葉中茶胺酸的積累是一個動態過程，會受到環境因素和植物生長階段的影響。過去的研究雖已確定了參與其生物合成和分解的關鍵酶，但這些過程的精確轉錄調控機制仍不明確。

安徽農業大學的植物生物學家常曼曼及其同事表示：「茶葉作為一種具有重要經濟價值的作物，通常被選用來製作茶飲，兼具良好的經濟效益和保健功效。茶胺酸作為一種獨特的非蛋白胺基酸，會受到環境條件和生長發育訊號的動態調控。和麩醯胺酸類似，茶胺酸可作為氮的儲存和運輸形式，在植物生長中具有重要的生理功能。一般來說，茶胺酸主要在根部合成，然後被運輸到茶樹的幼葉和其他組織中使用。在葉片成熟過程中，茶胺酸含量從幼葉到老葉逐漸降低。眾所周知，茶胺酸的積累深受季節、生長發育和環境等因素的影響。然而，茶胺酸生物合成和降解的分子機制仍有待闡明。」

在這項研究中，研究人員探究了特定基因和轉錄因子在決定茶胺酸積累方面的作用，為茶樹生物學的分子基礎提供了全新的見解。他們聚焦於兩種關鍵酶CsGGT2和CsGGT4及其轉錄調控因子CsMYB73之間的功能差異。透過生化分析，他們發現CsGGT4在茶胺酸合成方面具有顯著更高的催化效率，而CsGGT2主要作為茶胺酸水解酶，負責分解茶胺酸。先進的同源建模和分子對接分析進一步揭示了這些酶之間的結構差異，解釋了它們的不同作用。值得注意的是，CsGGT4對乙胺和麩醯胺酸（茶胺酸生物合成的關鍵底物）表現出更強的親和力。

進一步的分子研究表明，定位於細胞核的轉錄因子CsMYB73直接與CsGGT2和CsGGT4的啟動子結合，產生相反的調控作用：它啟用CsGGT2，同時抑制CsGGT4，最終降低茶芽中茶胺酸的積累。研究人員還觀察到，CsMYB73的持續高表達水平與CsGGT2活性增加和CsGGT4功能減弱相關，導致茶胺酸含量降低。

這些發現揭示了一個精細的基因調控機制，控制著茶胺酸的代謝，並為茶葉栽培的精準育種開闢了新途徑。同樣來自安徽農業大學的孫軍博士表示：「我們的研究全面理解了茶樹中茶胺酸代謝的轉錄調控機制。透過揭示CsMYB73、CsGGT2和CsGGT4的作用，我們為基因幹預鋪平了道路，這些幹預措施有望提高茶葉品質，而茶葉品質在經濟和文化方面都具有重要意義。」

該研究成果發表在《園藝研究》期刊上。

參考文獻：Manman Chang et al. 2024. CsMYB73 negatively regulates theanine accumulation mediated by CsGGT2 and CsGGT4 in tea shoots (Camellia sinensis). Horticulture Research 11 (3); doi: 10.1093/hr/uhae012