植物面临环境胁迫，茶树（Camellia sinensis）作为重要经济作物，富含次生代谢物且有药用和文化价值，其分布广、生态稳定，是研究环境对植物影响的理想模式植物。大多数栽培茶树可分为Camellia sinensis var. assamica (CSA)和Camellia sinensis var. sinensis (CSS) 两个主要品种，它们在生长模式、抗逆性和茶叶品质上有差异。CSS叶片较小，耐寒，多为灌木或半灌木；CSA叶片较大，较不耐寒，多为乔木或半乔木。CSA主要种植在热带地区用于制作红茶，CSS更适合在高纬度地区种植用于生产高品质绿茶。中国有大量茶树品种，其中约 67% 是CSS，这些品种对提高茶叶产量和质量起着关键作用。对不同茶树品种基因组分析虽揭示了一些适应环境的机制，但对于一些基因家族（如UGTs）与茶树品质和抗性的关系还需深入研究。UGTs在植物中对生长和代谢起关键作用，在茶树进化过程中UGTs发生了显著的扩张和收缩，且其在育种过程中受到人工选择，其扩张可能与茶树质量或抗性有关。然而，仅在基因组水平推断UGTs在茶树中的扩张缺乏确凿证据解释其与茶树品质和抗逆性的关系，所以需要进一步分析其机制，包括基因复制事件、表达模式和生物功能等。
2024年10月4日，The Plant Cell在线发表了安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室宋传奎与夏恩华教授等团队题为“Evolution and functional divergence of glycosyltransferase genes shaped the quality and cold tolerance of tea plants”的研究论文，探讨了UGTs在28 种完全测序物种（从藻类到被子植物）中的进化情况，重点关注UGTs在茶树进化过程中的变化及其对茶树品质和抗逆性的影响。团队的研究结果显示，茶树中G亚家族和H亚家族的UGTs分别出现了显著的扩张和收缩。全基因组复制和串联重复事件共同驱动了UGTs的大量扩张，自然选择和人工选择的相互作用导致了中国种茶树群体G亚家族内显著的功能分化。在G亚家族II中，UGTs基因编码的酶在底物选择（例如脱落酸）上的差异导致了它们的功能多样化，并且这些基因分别通过不同的正负调节模式影响对低温、干旱等非生物胁迫的耐受性。G亚家族III的UGTs有不同的香气底物偏好，这为中国种茶树群体贡献了多样的香气谱。所有G亚家族III 的基因对低温胁迫有响应，然而受人工选择影响的G亚家族III-1中的UGTs对干旱没有响应。这表明茶树的人工选择首要目标是提高品质和耐寒性。
图1 茶树不同品种中UGTs的鉴定和分类
图2 茶树H亚家族保留显著的抗病性
图3 茶树G亚家族的进化分析
图4 茶树G亚家族Ⅱ中UGTs基因的功能验证
