中國(guó)是世界上最早發(fā)現(xiàn)和利用茶樹(shù)的國(guó)家。茶因富含兒茶素和咖啡因等眾多生物活性分子，已成為世界上飲用最為廣泛的飲料之一。近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所茶樹(shù)種質(zhì)資源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合暨南大學(xué)藥學(xué)院張志民研究員團(tuán)隊(duì)等在揭示茶葉中兒茶素甲基化衍生物的生物合成上取得重要進(jìn)展，為新型茶樹(shù)的培育和茶樹(shù)資源的高效利用奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然?通訊(Nature Communications)》上。
圖1 茶樹(shù)O-甲基化兒茶素合成關(guān)鍵候選基因的發(fā)掘
茶葉中兒茶素占干重的12%以上，其中(?)-表沒(méi)食子兒茶素-3-沒(méi)食子酸酯(EGCG)是含量最豐富的成分。多項(xiàng)研究已證實(shí)EGCG有抗癌、抗炎和心臟保護(hù)等顯著的生理活性，然而因其在腸道中性至堿性條件下的不穩(wěn)定性而活性大幅降低。此外，結(jié)構(gòu)的高度極性也使其難以滲透腸道壁，進(jìn)一步降低了其在人體內(nèi)的生物利用率。O-甲基化EGCG是通過(guò)用甲基修飾EGCG苯環(huán)上的酚羥基而形成的一系列甲基化衍生物，與EGCG相比具有更好的穩(wěn)定性、脂溶性，更高的生物利用率和更強(qiáng)的生物活性。在茶樹(shù)中，天然O-甲基化主要發(fā)生在EGCG的D環(huán)(含沒(méi)食子?；鶊F(tuán))3″位、少部分還發(fā)生在4″位，分別產(chǎn)生(?)-表沒(méi)食子兒茶素-3-O-(3-O-甲基)-沒(méi)食子酸酯(EGCG3″Me)和(?)-表沒(méi)食子兒茶素-3-O-(4-O-甲基)-沒(méi)食子酸酯(EGCG4″Me)。先前的研究表明，O-甲基轉(zhuǎn)移酶(OMT)可以催化甲基化兒茶素的形成，但參與3″和4″位特定O-甲基化的關(guān)鍵OMT仍未被鑒定出來(lái)。
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)9年的科研積累，首先通過(guò)人工雜交的方式創(chuàng)制了一個(gè)以著名茶樹(shù)品種‘金萱’和‘紫娟’為親本的F1代分離群體，再利用F1子代中EGCG3″Me含量極端的單株為材料進(jìn)行混合分組轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并結(jié)合27份遺傳背景廣泛的茶樹(shù)資源的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)掘鑒定出了CsFAOMT1和CsFAOMT2等兩個(gè)關(guān)鍵OMT候選基因。研究表明：蛋白CsFAOMT1在EGCG的3??位具有特定的O-甲基轉(zhuǎn)移酶活性而生成EGCG3"Me，蛋白CsFAOMT2催化EGCG主要形成EGCG4″Me。在不同的茶樹(shù)資源和組織中，基因CsFAOMT1和CsFAOMT2的轉(zhuǎn)錄水平分別與EGCG3″Me和EGCG4″Me的含量高度正相關(guān)。此外，本研究還成功解析了CsFAOMT1和CsFAOMT2的蛋白晶體結(jié)構(gòu)，闡明了O-甲基化僅發(fā)生在EGCG等酯型兒茶素D環(huán)上的分子機(jī)制，并揭示了3′′和4′′位O-甲基化所需的關(guān)鍵氨基酸。
該研究鑒定并明確了調(diào)控茶樹(shù)甲基化兒茶素生物合成的關(guān)鍵酶及基因，揭示了高甲基化兒茶素性狀形成的分子機(jī)制，為茶樹(shù)資源的高效利用和高甲基化兒茶素品種培育提供了重要理論依據(jù)，也為解析茶樹(shù)其它重要經(jīng)濟(jì)性狀提供了研究思路和參考案例，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
論文第一作者為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所金基強(qiáng)副研究員及其指導(dǎo)的碩士生璩馥榕和劉慶帥、科研助理魏夢(mèng)園和暨南大學(xué)博士生黃慧思，通訊作者為陳亮研究員、姚明哲研究員和暨南大學(xué)張志民研究員。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程及所級(jí)青年英才等項(xiàng)目的資助。
圖2 CsFAOMT1和CsFAOMT2的晶體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵氨基酸
來(lái)源：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所網(wǎng)站
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