PBJ | 谁解助茶香？安徽农业大学宋传奎教授通过茶叶单细胞转录组发现新的茶香物质及代谢途径

茶叶是我国重要的园艺作物，因其具备独特的风味和天然化合物深受人们喜爱，也深深的嵌入了中华文化的发展中。虽然我国拥有悠久的茶叶种植历史，在茶叶生长发育和次生代谢物的研究上也取得瞩目的成果，但深入到细胞层面的生物合成与分布却鲜有报道。

2022年7月10日，安徽农业大学茶与食品科技学院宋传奎教授团队在Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“Single-cell transcriptome atlas reveals developmental trajectories and a novel metabolic pathway of catechin esters in tea leaves ”的研究论文，该研究改进了茶叶原生质体分离方法并对16977个单细胞转录组进行研究，发现了新的茶叶风味物质代谢相关的儿茶素酯糖基转移酶及其代谢途径，法国慕尼黑大学Wilfried Schwab也参与该项研究。

由于茶叶细胞壁厚，次生代谢丰富，木本植物组织难以消化释放原生质体且茶树生长周期长等原因，茶叶细胞类型特异性标记基因很少，增加了茶叶细胞类型鉴定的难度。为了克服这些困难，作者使用不同方法检测茶叶叶片的切片，仔细观察茶叶细胞，并根据其细胞特征分类（图1）。为了减少酶消化过程中对细胞产生不利影响，作者改进了方法并将消化时间缩短到4-6小时，终于得到了更多，更高质量的原生质体（图2）。

根据之前细胞类型的观察以及单细胞RNA-seq数据，作者将茶叶叶片的单细胞划分为16个细胞簇，并鉴定到4327个簇特异性基因。由于茶叶单细胞水平上的研究还很少，作者借鉴了拟南芥单细胞转录数据和注释对茶叶16个簇进行注释，并消化新的原生质体进行验证。发现这16个簇已经包含了茶叶中主要的细胞类型。

作者比较嫩叶与老叶的转录组差异，绘制了嫩叶细胞的分化与发育轨迹并标注了各个状态和分支的高表达基因，为后人的研究提供了依据。为了了解茶叶风味物质的合成与代谢机制，作者分析了风味物质相关基因在不同细胞中的时空特异性表达模式，并惊喜的发现了一个新的儿茶素糖基化转移酶（UGT72B23），儿茶素没食子酸酯是茶叶苦味和涩味的主要风味物质。进一步的分析与鉴定发现该基因确实具备糖基化转移酶活性并以儿茶素没食子酸为底物催化形成儿茶素酯葡萄糖苷，随后作者绘制了单细胞水平下UGT72B23介导的时空特异性的儿茶素酯葡萄糖苷合成途径（图4）。

ACKNOWLEDGEMENTS

该项目得到国家自然科学基金项目(31961133030;31870678;32022076;32102433)，安徽农业大学德国研究基金会博士后(DFG, SCHW 634/34-1)的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13891，

转自：植物科学SCI

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