中國(guó)是茶樹(shù)的原產(chǎn)地，擁有大量的茶樹(shù)種質(zhì)資源。不同茶樹(shù)品種制成的茶葉滋味不同。常飲烏龍茶的人都知道“香不過(guò)肉桂，醇不過(guò)水仙，韻不過(guò)大紅袍”。同時(shí)，不同生境生產(chǎn)的同一品種的茶樹(shù)制成的茶葉滋味不同。唐代“茶圣”陸羽在《茶經(jīng)》中對(duì)茶葉生長(zhǎng)環(huán)境的要求做了簡(jiǎn)要的概述:“上者生爛石，中者生礫壤，下者生黃土”。這些都表明了茶葉品質(zhì)不僅受茶樹(shù)品種的影響，還受茶樹(shù)生長(zhǎng)的土壤環(huán)境的影響。
滋味是決定茶葉品質(zhì)的關(guān)鍵因子之一，茶氨酸是茶葉鮮爽的主要成分，茶氨酸的含量是影響茶葉品質(zhì)的重要決定因素。近年來(lái)的一些研究表明，土壤微生物在植物根系中對(duì)鐵、磷等養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和吸收具有關(guān)鍵作用。然而，土壤特別是土壤中的微生物究竟如何影響茶樹(shù)品質(zhì)尚不清楚。
2024年2月15日，福建農(nóng)林大學(xué)徐通達(dá)/唐文鑫團(tuán)隊(duì)和楊貞標(biāo)團(tuán)隊(duì)在 Cell Press 旗下期刊 Current Biology 上發(fā)表題為：Root microbiota of tea plants regulate nitrogen homeostasis and theanine synthesis to influence tea quality（茶樹(shù)根部微生物調(diào)控氮代謝和茶氨酸合成影響茶葉品質(zhì)）的研究論文。
該研究基于高茶氨酸茶樹(shù)品種根部微生物種群構(gòu)建的人工合成菌群SynCom21可提高不同品種茶樹(shù)的銨態(tài)氮和茶氨酸含量，進(jìn)而改善茶樹(shù)品質(zhì)，為茶樹(shù)品質(zhì)改良提供了新的思路。
該研究首先對(duì)武夷學(xué)院茶樹(shù)種質(zhì)資源圃的17個(gè)茶樹(shù)品種進(jìn)行多年茶氨酸測(cè)定發(fā)現(xiàn)，不同季節(jié)和不同茶樹(shù)品種根部、葉部茶氨酸含量差異明顯，且茶氨酸含量與根部銨態(tài)氮含量正相關(guān)。分別對(duì)春秋兩季的高茶氨酸品種和低茶氨酸品種茶樹(shù)根部進(jìn)行微生物種群分析鑒定發(fā)現(xiàn)，茶樹(shù)根部和根際的微生物種群不同，秋季茶樹(shù)根部擁有更多Proteobacteria微生物，該門(mén)水平的微生物種群在春季減少。同時(shí)，對(duì)不同氮代謝功能的微生物種群的數(shù)量進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)秋季茶樹(shù)根部積累了更多氮代謝相關(guān)微生物，且高茶氨酸含量品種氮代謝微生物更活躍。對(duì)高茶氨酸含量的茶樹(shù)品種秋季根部微生物進(jìn)行分離純化，并模擬高茶氨酸品種根部微生物種群構(gòu)建人工合成菌群SynCom21，發(fā)現(xiàn)SynCom21不僅提高茶樹(shù)對(duì)銨態(tài)氮的吸收，還可提高茶氨酸的含量。
SynCom21的效果在高中低茶氨酸含量的茶樹(shù)品種中均適用，在氮貧瘠土壤中效果更佳。同時(shí)，SynCom21還可以提高模式植物擬南芥的銨態(tài)氮含量。這一發(fā)現(xiàn)意味著SynCom21除了茶樹(shù)也能應(yīng)用于其他作物。
SynCom21提高茶樹(shù)銨態(tài)氮含量和茶氨酸含量模式圖
由于茶樹(shù)的遺傳轉(zhuǎn)化體系不成熟，茶樹(shù)分子育種落后。目前茶樹(shù)育種以選擇育種和雜交育種為主，育種周期長(zhǎng)。該研究通過(guò)茶樹(shù)微生物種群來(lái)調(diào)控茶樹(shù)代謝物的合成，為茶樹(shù)品質(zhì)改良提供了新的思路，對(duì)減少化肥用量、保護(hù)土壤也具有重要意義。
福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院和海峽聯(lián)合研究院合成生物學(xué)研究中心（合成中心）、武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院辛偉博士為該論文第一作者。福建農(nóng)林大學(xué)合成中心徐通達(dá)教授、唐文鑫副教授和福建農(nóng)林大學(xué)[現(xiàn)深圳理工大學(xué)（籌）合成生物學(xué)院，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院全國(guó)定量合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室]楊貞標(biāo)教授為該論文的共同通訊作者。武夷學(xué)院張見(jiàn)明高級(jí)農(nóng)藝師、福建農(nóng)林大學(xué)大數(shù)據(jù)中心余永東老師、合成中心田云鶴博士、李豪博士等為參與作者。福建農(nóng)林大學(xué)合成中心熊延教授和劉巖林教授為本研究提供了重要幫助。該項(xiàng)研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)合成生物學(xué)專(zhuān)項(xiàng)、福建農(nóng)林大學(xué)啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)、國(guó)家科技項(xiàng)目備案（中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)）的聯(lián)合資助。
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