茶树CsUGT87A1基因通过调控IAA稳态增强干旱胁迫耐受性的分子机制

本研究针对全球干旱胁迫对农业生产的严峻挑战，聚焦茶树关键糖基转移酶基因CsUGT87A1的功能解析。研究人员通过基因沉默、异源表达和酶活性验证等技术，首次揭示该基因通过催化IAA（吲哚-3-乙酸）糖基化调控生长素稳态，进而增强ROS清除能力和抗氧化系统活性，显著提升植物抗旱性。该发现为作物抗逆育种提供了新靶点，对保障茶叶产业可持续发展具有重要意义。

　　

全球气候变化导致的干旱已成为威胁农业生产的首要非生物胁迫因素。作为世界三大饮料之一的茶树（Camellia sinensis），其生长严重依赖降雨，持续干旱会导致茶叶产量下降30%-50%。尽管已知植物通过激素调控网络响应干旱，但生长素（Auxin/IAA）糖基化修饰在抗旱中的具体机制仍是未解之谜。糖基转移酶家族1（UGT）作为植物最大的糖基化酶超家族，虽已被证实参与多种激素代谢，但其成员在茶树干旱响应中的功能研究几乎空白。

为破解这一科学问题，云南省某研究团队在《Plant Physiology and Biochemistry》发表重要成果。研究人员首先通过转录组分析锁定干旱诱导表达的CsUGT87A1基因，进而采用反义寡核苷酸（ASO）沉默茶树内源基因，同时在拟南芥中异源表达该基因，结合酶活检测、亚细胞定位及多组生理指标测定，系统解析了其分子功能。关键技术包括：1）茶树自然干旱胁迫模型构建；2）重组蛋白rCsUGT87A1体外酶活验证；3）激光共聚焦定位；4）转基因拟南芥抗旱表型分析；5）抗氧化酶（SOD/POD/CAT）活性检测。

研究结果

1. CsUGT87A1表达特征
   组织特异性分析显示该基因在茶树根部表达量是叶片的2.4倍。干旱处理6天后，叶片中基因表达上调24倍，根部在2天即出现16.5倍峰值，表明其快速响应特性。

2. 酶学特性与亚细胞定位
   体外实验证实rCsUGT87A1能以IAA为底物催化糖基化反应。荧光标记显示该蛋白定位于细胞核，暗示其可能参与核内信号传导。

3. 功能验证
   ASO沉默导致茶树幼苗IAA含量降低42%，MDA（丙二醛）积累增加2.3倍，而超氧化物歧化酶（SOD）活性下降58%。相反，转基因拟南芥的IAA水平提升35%，种子萌发率提高27%，根长增加1.8倍，且脯氨酸含量和光合参数显著改善。

4. 抗旱机制
   胁迫下转基因株系ROS（活性氧）清除能力增强，表现为H₂
   O₂
   含量降低41%，同时抗氧化酶GR（谷胱甘肽还原酶）活性提升2.1倍，证实CsUGT87A1通过维持氧化还原平衡增强抗性。

结论与意义
该研究首次阐明CsUGT87A1通过双重机制提升抗旱性：1）糖基化修饰IAA维持生长素稳态，促进根系发育；2）激活抗氧化系统缓解氧化损伤。这一发现不仅拓展了植物UGT家族的功能认知，更为分子设计育种提供了重要靶标。研究建立的ASO基因沉默技术体系，为木本植物基因功能研究提供了新方法。鉴于生长素信号网络的保守性，该成果对小麦、玉米等主粮作物的抗逆改良也具有借鉴价值。