Hortic Res- | 中国农业科学院深圳农业基因组所张兴坦研究团队在茶树表观调控研究中取得新进展

在植物中，5mC DNA甲基化是一个重要而保守的表观标记，涉及基因组稳定性、基因转录调控、发育调控、非生物胁迫响应、代谢物合成等。然而，5mC DNA甲基化修饰在茶树生长发育（采摘前）和采摘后风味物质合成中的作用尚不清楚。

2023年6月，Horticulture Research上线了（Advance Access）中国农业科学院深圳农业基因组研究所张兴坦研究团队题为5mC DNA methylation modification-mediated regulation in tissue functional differentiation and important flavor substance synthesis of tea plant (Camellia sinensis L.) 的研究论文。该研究通过整合5mC DNA甲基化组、转录组以及代谢组学数据分析，揭示了5mC DNA甲基化在调控组织功能分化、根中茶氨酸优势合成，茶叶加工过程中风味代谢物变化的分子作用机制。

在动物中，表观遗传修饰被认为对器官分化有显著影响，但是在植物组织功能分化中的作用尚不可知。研究首先在采前对中国传统名茶'铁观音'的4种代表性组织(根、茎、叶、花)进行了全基因组5mC甲基化和转录组分析。结果发现：组织间甲基化水平存在明显差异，且与非组织特异性表达基因相比，组织特异性表达基因维持相对更低的甲基化水平。反之，以根组织为例，根中特异低甲基化的基因多与根组织特异性功能相关。表明甲基化修饰参与到茶树组织功能分化。

先前研究已经表明茶树中重要的口感物质茶氨酸在根部优势合成，但其表观调控机制不明。作者在根中特异低甲基化的基因数据集中，进一步鉴定得到两个负责茶氨酸合成的关键基因(CsAlaDC和TS/GS)，它们在根中相对于其他组织具有更低的5mC甲基化水平和更高的基因表达水平，这从甲基化层面揭示了根中优势合成茶氨酸的原因。

Figure 1. 不同组织的甲基化修饰水平不同和5mC DNA介导的茶氨酸在根中优势合成

此外，作者整合代谢组、转录组、甲基化组数据探究了乌龙茶萎凋、做青阶段代谢物组分变化，发现茶树关键风味物质（萜类和儿茶素）含量变化与合成通路基因转录水平变化密切相关，而合成通路中多个关键基因的表达水平变化受到甲基化修饰的严格调控。这个结果不仅证实了5mC DNA甲基化修饰对茶叶关键风味物质形成的关键作用，而且锁定了关键基因。

Figure 2. 差异甲基化修饰介导的基因表达差异与关键风味物质合成有关

总之，该研究基于多组学数据不仅证实了5mC DNA在茶树生长发育及关键风味物质形成中的关键作用，也为后期高品质茶树新品种选育提供了基因编辑靶点。为通过操控茶氨酸关键合成基因甲基化水平，培育全组织高茶氨酸含量的新品种提供了新思路。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所出站博士后孔维龙博士为论文的第一作者，张兴坦研究员及孔维龙博士为共同通讯作者。研究得到了深圳市科技计划（批准号RCYX2021076092103024）和广东省重点领域研发计划（2020B022200004）的资助。

作者团队介绍

张兴坦，研究员、博导，中国农业科学院深圳农业基因组研究所组学技术研究中心副主任，热带作物生物育种全国重点实验室副主任，国家基金委优秀青年基金获得者，中国农科院农科英才领军人才B类。2009年于哈尔滨工业大学本科毕业，2015年于重庆大学获得植物学博士学位。长期从事植物基因组学研究，擅长植物复杂基因组的组装和生物信息学分析。近五年来，相关成果以第一或通讯作者（含共同）发表在Cell、Nature、Nature Genetics、Nature Plants等期刊。

团队研究方向为：1. 复杂多倍体/高杂合二倍体基因组组装和分型方法的开发；2. 基于NGS或单分子测序技术开发生物信息分析算法和工具；3. 基于组学大数据挖掘植物重要功能基因并解析其生物学机制。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad126

转自：“园艺研究”微信公众号

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