本網(wǎng)訊 茶樹是重要的木本葉用型園藝作物，其鮮葉制作而成的茶葉因其獨特的風味和天然化合物深受人們喜愛。茶樹中風味相關次生代謝產(chǎn)物積累是茶葉獨特風味形成的物質基礎，如兒茶素，特別是酯型兒茶素是茶的苦澀味的來源之一，茶氨酸是茶葉鮮爽的來源。隨著茶樹基因組解析，茶樹中主要次生代謝合成與調控機制研究上取得矚目的成果，但深入到細胞層面的生物合成與分布卻鮮有報道。
單細胞測序作為一種能夠在單個細胞水平進行轉錄組分析的高分辨分析技術，使分析不同細胞類型的代謝特征成為可能。近日，安徽農(nóng)業(yè)大學茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室宋傳奎教授團隊在植物學知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（2021年SCI影響因子13.263）發(fā)表題為《Single-cell transcriptome atlas reveals developmental trajectories and a novel metabolic pathway of catechin esters in tea leaves》的研究論文。該研究建立了茶樹葉片原生質體的快速分離體系并對16977個單細胞轉錄組進行研究，構建了首個木本植物葉片的單細胞圖譜，繪制了茶樹葉片發(fā)育軌跡，并發(fā)現(xiàn)了新型的一個酯型兒茶素糖基轉移酶，獲得酯型兒茶素糖苷化的證據(jù)。
由于茶樹葉片細胞壁厚，次生代謝豐富，木本植物組織難以消化釋放原生質體且茶樹生長周期長等原因，茶葉細胞類型特異性標記基因很少，增加了茶葉細胞類型鑒定的難度。為了克服這些困難，宋傳奎教授團隊使用不同方法檢測茶葉葉片結構，觀察茶葉細胞，并根據(jù)其茶樹葉片特征，建立了茶樹葉片原生質體的快速分離方法。在此基礎上，通過對16977個單細胞轉錄組進行測序，將茶葉葉片的單細胞劃分為16個細胞簇。隨后，作者又通過相同的酶解手段，對葉片進行了表皮，葉肉，維管組織等6個亞組分的分離，并驗證各細胞簇特異高表達的基因在6組分中的相對表達水平，結合模式植物中的細胞標記基因同源注釋，包含了茶樹葉片中的主要細胞類型。
團隊比較嫩葉與老葉的轉錄組差異，繪制了嫩葉細胞的分化與發(fā)育軌跡并標注了各個狀態(tài)和分支的高表達基因?；趩渭毎D錄組數(shù)據(jù)和細胞類型的鑒定，我們能夠降低不相關細胞帶來的背景噪聲，從而提高調控網(wǎng)絡的預測精度。于是通過葉肉中的特異表達矩陣進行共表達網(wǎng)絡分析，發(fā)現(xiàn)了一個葉肉高表達且與兒茶素代謝顯著相關的糖基轉移酶基因UGT72B23。通過體內外活性驗證了其酯型兒茶素糖基轉移酶活性，在植物葉片中檢測到酯型兒茶素糖苷并繪制了單細胞水平下UGT72B23介導的時空特異性的兒茶素酯葡萄糖苷合成途徑。
該研究采用多種方法進行了細胞標記基因的驗證，為木本植物葉片細胞圖譜繪制提供了重要的參考信息，其原生質體快速分離技術也為其他木質化組織快速分離提供了新思路。并通過特定細胞類型篩選表達矩陣發(fā)現(xiàn)了一種新型的酯型兒茶素糖基轉移酶，提供了茶樹酯型兒茶素糖苷化證據(jù)。
我校為第一署名單位，茶樹生物學與資源利用國家重點實驗室博士后王強和碩士生巫毅為論文并列第一作者，宋傳奎教授和德國慕尼黑工業(yè)大學Wilfried Schwab為并列通訊作者。信陽師范學院崔繼來博士，南陽師范學院田鍇博士等人參與了該項研究。該項目得到國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金、國際合作項目、德國科學基金等項目資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13891
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