磷是植物生长发育所必需的常量元素，通常以无机磷酸盐（Pi）形式被植物获取，在茶树（Camellia sinensis L.）次生代谢物的形成或分解过程中发挥重要作用。茶氨酸是茶树的主要次生代谢物之一，口感鲜爽，其含量在很大程度上决定茶叶的品质。因此，研究磷对茶树茶氨酸合成的分子调控机制具有重要意义。
2024年11月，Horticulture Research在线发表了贵州大学生命科学学院吕立堂教授课题组题为CsSPX3-CsPHL7-CsGS1/CsTS1 module mediated Pi-regulated negatively theanine biosynthesis in tea (Camellia sinensis)的研究论文。该研究揭示了磷信号因子CsSPX3和CsPHL7通过直接抑制茶氨酸合成相关基因CsGS1/CsTS1来减少茶树根叶中茶氨酸的积累，为磷调控茶氨酸生物合成的机制提供了新的见解。
本研究发现，茶树叶片和根部的茶氨酸水平在施加Pi后随着根叶中Pi含量的增加而逐渐下降。进一步对磷胁迫下茶树叶片全基因表达的转录组分析表明，广泛参与Pi/N转运和响应的基因发生了改变，筛选到CsSPX3和CsPHL7在转录水平上显著响应磷胁迫，其表达模式与茶氨酸生物合成途径关键基因的表达模式基本相反，表明可能存在调控上的潜在相关性，qRT-PCR和Pearson分析验证了CsSPX3和CsPHL7的表达水平与茶树叶片和根系中茶氨酸的积累呈负相关。生化分析显示，CsSPX3与CsPHL7蛋白定位于细胞核和细胞膜，两者之间发生相互作用且不受Pi水平影响。同时，CsPHL7直接与茶氨酸合成酶CsGS1/CsTS1启动子特异性结合并抑制其转录活性，CsSPX3在CsPHL7对CsTS1/CsGS1的负向调节中起增效作用。此外，CsSPX3和CsPHL7的敲低表达导致茶树中茶氨酸含量明显增加，茶氨酸合成相关基因上调；而过表达CsSPX3和CsPHL7基因抑制了磷胁迫下茶氨酸在茶树叶片中的积累。这些结果解析了CsSPX3和CsPHL7在Pi供应抑制茶树茶氨酸合成中的作用，揭示了CsSPX3-CsPHL7-CsGS1/CsTS1介导的Pi信号对茶氨酸生物合成的调控机制，对茶园管理和茶叶生产具有指导意义。
图1 CsSPX3-CsPHL7-CsGS1/CsTS1模块介导磷负调控茶树茶氨酸生物合成
贵州大学生命科学学院吕立堂教授为本论文的通讯作者，硕士研究生陈周卓尔为本论文的第一作者。该研究得到了贵州省科技计划项目（黔科合支[2021]1101）、贵州省现代农业产业技术体系项目（GZMARS-Tea）专项资金、贵州省高层次创新型人才项目（黔科合平台人才GCC[2023]014）以及中国华能光伏茶园种植技术研究项目（HNKJ2022-H135）的支持。
https://doi.org/10.1093/hr/uhae152
Hortic Res | 华中农业大学茶树生物学团队在茶树镁稳态机制探究中取得新进展
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