通过可控切口从完整的茶树叶片中高效诱导愈伤组织及其调控机制

《BMC Plant Biology》：High-efficiency callus induction from intact Camellia sinensis leaves via controlled incisions and its regulatory mechanisms

　　

摘要

背景

茶树（Camellia sinensis (L.) O. Kuntze）是一种全球重要的经济作物，但其离体组织培养受到多酚导致的外植体褐变以及愈伤组织诱导效率低下的严重限制。传统方法依赖破碎的叶片外植体，进一步加剧了这些问题，而不同基因型在愈伤组织诱导方面的差异机制仍不甚明了。

研究结果

我们采用带有可控横向切口的完整茶叶，结合液固共培养与分阶段的暗光/光照循环，优化出了愈伤组织诱导方案。最优方案为在黄金芽茶叶上做5-8道横向切口，随后进行3天的液体暗培养、12天的固体暗培养，再经过15天的16/8小时光周期处理，这样可使褐变率降至32.0?±?0.9%，愈伤组织诱导率为68.0?±?2.2%，且生成的愈伤组织健康、呈淡黄色且易碎。从形态上看，黄金芽（诱导效率高）的表皮蜡质较少，叶绿体结构完整，气孔面积较大；而云南大叶茶（诱导效率低）在离体条件下则表现为蜡质聚集物较多，叶绿体结构破碎。从生理功能来看，黄金芽的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（POD）活性更高，有助于有效清除活性氧；而云南大叶茶虽然替代性抗氧化酶活性较高，但褐变现象依然严重。转录组分析显示，这两个品种之间存在27,520个差异表达基因：黄金芽上调了与细胞周期进展相关的基因（CsCDK2、CsCYCD3）以及与活性氧清除相关的基因（CsSOD2、CsPOD12），而云南大叶茶则富集了与多酚生物合成相关的基因（CsCHS、CsC4H）。

结论

我们优化的方案有效解决了茶树组织培养中的关键问题。通过“结构-生理-转录组”综合分析，揭示了不同基因型在愈伤组织诱导方面差异的机制，为提高难培养茶树品种的组织培养效率提供了可行的目标。本研究为茶树生物技术提供了可推广的工具，同时也为其他富含多酚的作物的组织培养方案优化提供了参考。