茶树春季升温过程中苦味代谢与温度适应的多组学解析及调控机制研究

为解决茶树在温度波动下苦味代谢调控机制不清的问题，研究人员通过整合代谢组与转录组技术，对比分析常绿品种'龙井43'(LJ)、光温双敏白化品种'中黄2号'(ZH)和温度敏感白化品种'白叶1号'(BY)在20°C/30°C下的响应差异。研究发现LJ通过上调F3'5'H促进槲皮素苷积累增强苦味，BY则通过积累山奈酚苷缓解儿茶素苦味，鉴定出MYB1和ERF2为黄酮合成的关键转录因子。该研究为培育抗逆优质茶树品种提供了理论依据。

　　

随着全球气候变化加剧，春季异常升温导致茶树新梢过早转绿，严重影响白化茶树特有的风味物质积累窗口期。特别是'白叶1号'(BY)等温度敏感型品种，当环境温度超过20°C时会迅速恢复叶绿素合成，使得原本应在白化期采收的鲜叶品质显著下降。与此同时，高温还会激活茶树次生代谢途径，导致槲皮素苷等苦味物质积累，直接影响绿茶口感。这些现象背后隐藏着怎样的分子调控机制？不同叶色茶树品种又如何应对温度波动？这些问题成为当前茶学研究的重要挑战。

为系统解析温度适应机制，中国农业科学院茶叶研究所的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表了最新成果。研究选取常绿品种'龙井43'(LJ)、光温双敏白化品种'中黄2号'(ZH)和温度敏感白化品种'白叶1号'(BY)为材料，设置20°C(亚低温)和30°C(亚高温)处理模拟春季温度波动。通过代谢组和转录组联合分析，结合加权基因共表达网络分析(WGCNA)和反义寡核苷酸(AsODN)基因沉默等技术，系统揭示了不同茶树品种的温度响应机制。

3.1 不同温度下叶绿素和多酚含量的变化

研究发现30°C处理下，BY叶绿素a含量增幅达63.2%，显著高于ZH(28.4%)和LJ(12.8%)，证实其温度敏感性。而多酚含量变化呈现相反趋势，LJ对温度诱导的多酚代谢最敏感，BY则表现出代谢惰性。这种生理差异为后续代谢调控分析奠定了基础。

3.2 代谢组和转录组谱的变化

主成分分析显示代谢物和基因表达均能有效区分不同处理组。BY在温度变化下产生160种差异代谢物(DAMs)，占比22.91%，显著高于其他品种。转录组分析发现436个共同温度响应基因，而品种特异性差异基因中BY多达1984个，与其代谢变化趋势一致。

3.3 DEGs和DAMs的筛选与富集分析

KEGG分析显示BY主要富集于叶绿素代谢途径，ZH和LJ则分别富集于黄酮醇和类黄酮生物合成途径。值得注意的是，所有品种均显著富集苯丙氨酸代谢通路，表明该途径在温度响应中的保守性。

3.4 不同温度下茶树类黄酮生物合成途径的调控

代谢物分类显示黄酮类(22.84%)和酚酸(19.56%)是核心组分。30°C下LJ显著激活F3'5'H基因，促进槲皮素-3-O-(4''-O-葡萄糖基)鼠李糖苷等苦味物质积累；而20°C下BY则通过F3'H和CHI等基因上调积累山奈酚苷，可能通过空间位阻抑制儿茶素聚合减轻苦味。

3.5 不同温度条件下茶树特异性黄酮醇的鉴定

绝对定量显示EGCG含量变化幅度在BY仅2.76%，再次证实其代谢稳定性。ZH表现出"转录-代谢解耦"现象，可能与光温互作调控有关。

3.6 类黄酮生物合成相关基因的鉴定

WGCNA鉴定出促进黄酮合成的绿色模块(含FLS、CHI等枢纽基因)和抑制苯丙烷代谢的品红色模块。转录因子分析发现bHLH13可能通过光信号调控碳分配，MYC2协调茉莉酸(JA)信号，ERF2通过结合GCC-box激活黄酮合成基因，而MYB1被证实是黄酮合成的关键正调控因子。

AsODN验证实验

通过反义寡核苷酸沉默CsMYB1和CsERF2基因，导致儿茶素含量显著降低，直接验证了这两个转录因子在黄酮生物合成途径中的核心调控作用。

这项研究首次系统揭示了不同叶色茶树品种应对温度波动的代谢重编程机制：常绿品种LJ通过激活F3'5'H增强槲皮素苷积累提高抗逆性但增加苦味；白化品种BY则通过山奈酚苷积累平衡风味与抗性；光温双敏品种ZH展现出独特的转录-代谢解耦模式。发现的MYB1、ERF2等关键转录因子为分子育种提供了新靶点，对培育适应气候变化的优质茶树品种具有重要指导意义。研究还创新性地将苦味代谢与温度适应机制相关联，为茶叶风味品质调控提供了新视角。未来研究可进一步解析这些转录因子在不同叶色品种中的调控网络差异，以及光温互作对代谢通路的具体影响机制。