摘要：本研究为揭示茶树（Camellia sinensis）对茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）为害的响应机制，选用‘台茶13’（抗蚜品种）和‘泾峰’（感蚜品种）两个茶树品种，分别进行是否受蚜害后的代谢组学分析、生化参数测定和RT-qPCR分析，以探究植物抗蚜性的潜在机制。结果表明，抗蚜品种（TCN）中的氨基酸和蛋白质含量以及氨基酸与蔗糖的比例显著降低，但在受到蚜害后，TCN与感蚜品种（JFA）中的类黄酮化合物和茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）含量却显著增加。且RT-qPCR分析表明，茉莉酸（JA）生物合成基因和类黄酮生物合成基因在抗蚜品种中的表达量更高。总体而言，本研究揭示了茶二叉蚜为害能激活茶树的防御反应，并明确了营养物质、类黄酮和JA-Ile对茶树抗蚜性的作用。研究结果为植物抗虫机制提供一定参考意义。
关键词：茶二叉蚜；营养物质
文 章 信 息
译名：生理和代谢组学分析揭示茶树（Camellia sinensis）对茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）为害的抗性反应机制
发表时间：2024年07月23日
期刊影响因子：6.8（2023）
第一单位：湖北省农业科学院果茶研究所
通讯单位：湖北大学生命科学学院生物催化与酶工程国家重点实验室
文 章 亮 点
茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）侵害导致茶树（Camellia sinensis）营养化合物和次生代谢物含量以及防御相关基因水平的显著变化。
茶树（Camellia sinensis）营养物质显著影响其对茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）的抗性能力。
茶树（Camellia sinensis）类黄酮化合物和JA-Ile增强其对茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）侵害的抗性。
文 章 简 介
·1 研究意义
·2 研究方法
本研究供试植物为茶树（Camellia sinensis），试验选用抗蚜品种‘台茶13’（TCN）和感蚜品种‘泾峰’（JFN及JFA）（其中TCN为未受蚜害的抗蚜茶树品种‘台茶13’；JFN及JFA分别为未受蚜害和受蚜害的感蚜品种‘泾峰’）。供试虫源为茶二叉蚜（Toxoptera aurantii）。
本试验共有三个处理组：未受茶二叉蚜侵害的抗蚜茶树品种TCN、未受茶二叉蚜侵害的感蚜茶树品种JFN及受茶二叉蚜侵害的感蚜茶树品种JFA。本研究为大田试验，先对不同处理组的茶二叉蚜种群数量及分布情况统计后，分别采集未受茶二叉蚜取食为害的抗感蚜茶树品种新茶芽及受茶二叉蚜取食的感蚜品种茶芽，将采集植物材料立即用液氮冷冻后储存在－80℃冰箱，以备用于后期试验。对不同处理组茶树进行代谢组学分析、生化参数测定（包括可溶性糖、游离氨基酸、黄酮苷、茶多酚等含量的测定）和RT-qPCR分析等技术手段。
如图1A所示，在品种JF和HYSX新芽上有约100000头茶二叉蚜定殖，蚜虫种群数量分别是EC1和EC10的10倍及TC13和WF211的100倍（Fig. 1A）。在茶二叉蚜侵害后不同品种茶树性状表现得出，感蚜品种JF出现明显叶片卷曲、黄化和生长受阻等症状，而抗蚜品种TC则无明显症状（Fig. 1B）。同时，茶二叉蚜更喜取食品种HYSX和JF，且HYSX和JF对茶二叉蚜的侵害反应更敏感，而品种TC13和WF211对茶二叉蚜则表现出较高抗性（Fig. 1C，D）。
TCN、JFA和JFN之间的代谢物存在显著差异（Fig. 3A）。在909种代谢物中，TCN组与JFN组（78个向上，132个向下）中检测到210种差异积累代谢物（DAM）（Fig. 3B）。TCN与JFN组和JFA与JFN组均检测到19种DAM（Table 1）。如图3C所示，黄酮类化合物的丰度最大，占总DAMs的58.1%，酚酸类物质占第二大菌种，占总DAMs的15.2%（Fig. 3C）。与此相反，JFN组中的40DAMs被归为9组，由糖类和醇类（4）、氨基酸衍生物（1）、核苷酸衍生物（2）、脂质（2）、维生素类（1）、类黄酮（24）、酚酸类（2）、生物碱类（2）和有机酸类（2）组成（Fig.3D）。综上所述，TCN和JFN之间、JFA和JFN之间、黄酮类化合物的显著变化可有助于对茶树对茶二叉蚜的抗性（Fig. 3E）。
·4 讨论
植物的氨基酸浓度和组成，以及氨基酸与蔗糖的比例，决定了蚜虫对植物的取食选择，并对蚜虫生长和繁殖方面产生重要影响。有研究表明，植物次生代谢物可能会阻碍蚜虫取食，并可能会降低蚜虫的取食为害。目前，茶树中化学成分与茶二叉蚜之间关系的研究尚不明确。茶树新梢富含游离氨基酸（如茶氨酸）和次生代谢产物（如茶多酚和黄酮类化合物），这些成分的含量远高于大多数其它植物，且与茶叶品质密切相关。结果表明，与抗蚜品种相比，感蚜品种的氨基酸（加脯氨酸）、蛋白质含量、氨基酸与蔗糖的比例及黄酮苷和茶多酚的含量均显著较高，感蚜品种对茶二叉蚜更具取食吸引力。相反，在受到茶二叉蚜侵害后，感蚜品种的营养物质含量降低（如减少可溶性糖和氨基酸的浓度），这可能是茶树抵御蚜虫为害的一种策略。总之，植物本身较低的营养含量，以及在遭受蚜虫侵害后营养含量的降低，都可能是其抵抗蚜虫取食为害的防御机制。
黄酮类化合物作为一类主要的次生代谢物，对蚜虫的生长繁殖有抑制作用，且是茶树中重要的化学成分。本研究中，在抗感蚜品种间分别鉴定出了12种差异黄酮类化合物，这表明它们与茶树抵抗茶二叉蚜取食密切相关。结果表明，在抗蚜品种中高度富集了9种黄酮类化合物，而受蚜虫取食后的感蚜品种中仅有5种黄酮类化合物增加，其余4种则减少。同时，所有黄酮类生物合成基因在抗蚜品种中的表达水平都很高，且在茶二叉蚜取食后显著增加。以上结果表明，黄酮类化合物与茶树抗蚜能力呈显著负相关，这与前人的研究一致。相反，有3种黄酮类化合物在抗蚜品种中含量较低，推测这3种黄酮类化合物与茶树抗蚜性呈正相关关系。然而，它们对茶二叉蚜的具体影响尚不清楚，需要通过更进一步试验来验证。
·5 主要结论
Reference：
Liu, Y. L., Yan, Y. M., Ma, L. L., Cao, D., Jin, X. F. (2024). Physiological and metabolomic analyses reveal the resistance response mechanism to tea aphid infestation in new shoots of tea plants (Camellia sinensis). Plant Stress, 13, 100545.
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stress.2024.100545
本期分享来自2022级农艺与种业专业硕士研究生姜鑫
