安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)揭示山茶屬植物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其特征性次生代謝物的演化規(guī)律

國際植物學(xué)經(jīng)典期刊《植物雜志》（The Plant Journal）在線發(fā)表了我校茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實驗室夏恩華教授團(tuán)隊題為《比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究揭示116 種山茶屬植物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其次生代謝物演化規(guī)律》（Comparative transcriptomic analysis unveils the deep phylogeny and secondary metabolite evolution of 116Camelliaplants）的研究論文，系統(tǒng)揭示了山茶屬植物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其特征性次生代謝物的演化規(guī)律。

山茶屬是山茶科中包含物種數(shù)最多，也最具經(jīng)濟(jì)價值的一個屬。山茶屬植物野生資源豐富，其蘊(yùn)含豐富多樣的茶葉品質(zhì)形成密切相關(guān)的特征性次生代謝物和優(yōu)異基因資源是培育優(yōu)質(zhì)、高抗、多元化茶樹新品種的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。然而，該屬植物頻繁的雜交與多倍化，加之缺乏適用于進(jìn)化分析的基因片段，致使其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及特征性次生代謝產(chǎn)物的演化規(guī)律尚未獲得清晰的認(rèn)識，阻礙了該屬植物的高效開發(fā)與利用。

為此，本研究通過廣泛收集116 種山茶屬植物材料，構(gòu)建了包含89,394 個基因家族的山茶屬植物泛轉(zhuǎn)錄組，并基于從中篩選獲得的405 個高質(zhì)量低拷貝直系同源核心基因，深入解析了山茶屬植物的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。結(jié)果表明，山茶屬可劃分為7 個主要系統(tǒng)分支，茶組為單系，金花茶組為山茶屬的基部類群，紅山茶組分支與油茶組分支親緣關(guān)系較近，其屬下各組的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系支持茶組與禿茶組、油茶組與短柱茶組、瘤果茶組與半宿萼茶組、毛蕊茶組與連蕊茶組的合并處理。研究結(jié)果進(jìn)一步支持了最新《中國植物志》對廣東禿茶、丹寨禿茶、重慶山茶等物種的修訂。

通過測定116 種山茶屬植物的兒茶素類化合物、茶氨酸和咖啡堿的含量，進(jìn)一步探究了山茶屬植物特征性次生代謝物的演化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，山茶屬植物特征性次生代謝物含量豐富、類型多樣。相比非茶組植物，茶組植物傾向于積累高含量的兒茶素類化合物、咖啡堿和茶氨酸等與茶葉品質(zhì)形成密切相關(guān)的特征性次生代謝物。對次生代謝通路關(guān)鍵基因的表達(dá)模式進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，許多諸如UGT84A、F3'5'H、SCPL1A、GDH、TCS、IMPDA 等關(guān)鍵基因在茶組植物中顯著高表達(dá)，且其在茶組植物中的表達(dá)模式與次生代謝產(chǎn)物的積累模式顯著正相關(guān)。為方便研究者快速檢索獲得的山茶屬植物轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，論文還在課題組前期構(gòu)建茶樹基因組數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上（Xia et al., 2019, Plant Biotechnol. J），進(jìn)一步完善和更新了山茶屬植物轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫（CTD:http://tpia.teaplant.org/transcriptome.html）。該數(shù)據(jù)庫的開放運(yùn)行，不僅有助于推動茶樹及其近緣植物功能基因組學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)和次生代謝等研究，而且將進(jìn)一步推進(jìn)茶學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的國際交流與合作。