茶树根系特异性CsATs通过促进酰化黄酮醇苷积累增强铝耐受性的机制研究

本研究针对茶树铝耐受机制这一关键问题，通过代谢组学和分子生物学技术，首次揭示根系特异性BAHD家族酰基转移酶CsATs通过催化黄酮醇苷酰化修饰（如3-O-丙二酰基槲皮素葡萄糖苷）促进铝离子螯合，阐明了茶树适应酸性土壤的分子机制，为抗铝毒茶树品种选育提供新靶点。

　　

在酸性土壤广泛分布的茶园中，铝毒害是制约茶树生长的关键因素。有趣的是，茶树作为罕见的铝富集植物，其根系能耐受高达2 mM的铝离子浓度，这一现象背后隐藏着怎样的分子奥秘？传统研究多聚焦于叶片代谢物，而根系这一直接接触铝离子的器官却鲜有关注。更引人深思的是，黄酮醇类物质虽被证实参与铝螯合，但其中酰化修饰产物的功能及其合成机制仍是未解之谜。

针对这些科学问题，来自大别山实验室的研究团队在《Plant Science》发表重要成果。研究人员采用多组学联用策略，通过LC-MS/MS代谢组分析发现根系特异积累3-O-丙二酰基槲皮素葡萄糖苷等酰化黄酮醇苷；结合转录组筛选获得响应铝诱导的CsATs基因；利用原核表达系统证实其催化丙二酰-CoA与黄酮醇苷的酰基转移活性；最后通过茶树发根遗传转化体系验证该基因增强铝耐受性的功能。研究特别关注了不同发育阶段根系（0-3 cm）的代谢梯度变化，并采用0.2 mM/2 mM AlCl₃·6H₂O处理模拟自然胁迫条件。

【植物材料】选取'凤庆大叶茶'实生苗，通过水培体系建立铝处理模型，系统采集不同发育阶段的根系样本，为代谢差异分析提供时空维度数据。

【酰化黄酮醇苷定性定量分析】LC-QTOF-MS鉴定出根系特有的7种丙二酰化黄酮醇苷，其中3-O-丙二酰基山奈酚-3,7-二葡萄糖苷在铝处理下含量提升3.2倍，与根系伸长呈正相关（r=0.82）。

【CsATs功能验证】原核表达重组CsATs蛋白显示其对丙二酰-CoA的偏好性（K_m=8.3 μM）；发根过表达株系中酰化产物增加41%，根尖铝含量提高但细胞结构完整，证实酰化修饰促进铝离子区隔化。

这项研究首次阐明BAHD家族酰基转移酶在茶树铝耐受中的核心作用：根系特异性表达的CsATs通过催化黄酮醇苷丙二酰化，增强其金属螯合能力并促进铝离子在液泡中的区隔存储。该发现不仅完善了植物应对酸性土壤胁迫的理论框架，更为分子设计育种提供了关键靶标——通过调控CsATs表达可培育适应贫瘠山地茶园的新品种。值得注意的是，研究揭示的酰化修饰模式为解析茶树次生代谢多样性开辟了新视角，其技术路线对研究其他经济作物的逆境适应机制具有示范意义。