Plant cell |宋传奎/夏恩华团队发现糖基转移酶基因的进化和功能分化塑造了茶树的质量和耐寒性

文摘 2024-10-05 07:30 广东

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研究背景

植物栖息在不断变化的环境中，不利的环境条件往往严重影响植物的生长发育。干旱，低温和矿物质毒性等非生物胁迫会对作物和其他植物的生长，发育和产量产生负面影响。干旱和低温胁迫是影响植物地理分布，限制农业生产和威胁粮食安全的一些主要环境因素。茶树是世界上最重要的经济作物之一；它富含次生代谢产物，具有巨大的药用价值和文化重要性。茶树还提供了一种理想的多年生模式植物，用于研究环境变化对陆生植物的影响，因为它们分布广泛，生态系统稳定，质量参数稳定，经济寿命长。最近，一些研究人员研究了挥发性化合物在茶树对各种胁迫反应中的生物学功能，并指出茶树为研究多种胁迫下植物代谢物的功能提供了有效的模型。植物糖基转移酶（UGTs）在植物生长和代谢中起关键作用。

研究结果

在这里，我们检查了从早期藻类到被子植物的 28 个完全测序物种的 UGTs 的进化。我们的研究结果揭示了茶（Camellia sinensis）中 G 组和 H 组 UGTs 存在显著扩增和收缩。全基因组复制和串联复制事件共同推动了 UGTs 的大规模扩张，自然选择和人工选择的相互作用导致 sinensis 型茶种群 G 组内出现明显的功能分化。在 G 组的第II簇中，由 UGT 基因编码的酶的底物选择（例如，脱落酸）的差异导致它们的功能多样化，这些基因分别通过不同的正负调节模式影响对低温和干旱等非生物胁迫的耐受性。G 组簇 III 中的 UGT 具有不同的香气底物偏好，这导致了 sinensis 型茶种群的多样化香气谱。所有第III 簇基因都对低温胁迫做出反应，而簇 III-1 中的 UGT 由人工选择塑造，对干旱没有反应。这表明人工选择茶树侧重于提高质量和耐寒性作为主要目标。

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