本網(wǎng)訊 近日，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張照亮教授團(tuán)隊(duì)在植物學(xué)權(quán)威雜志《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表了題為“CsAlaDC and CsTSI work coordinately to determine theanine biosynthesis in tea plants （Camellia sinensis L.） and confer high level of L-theanine accumulation in non-tea plant”的論文，揭示了茶樹大量合成茶氨酸的分子機(jī)理，并實(shí)現(xiàn)了在不添加直接底物的前提下，在非茶植物煙草中高效合成茶氨酸。

 

　　茶氨酸（L-theanine）是綠茶最重要的品質(zhì)成分之一。它是茶樹中特異并大量積累的一種非蛋白質(zhì)氨基酸，其含量可占茶葉總游離氨基酸的70%以上， 賦予茶湯類似味精的鮮爽味。同時(shí)，茶氨酸具有鎮(zhèn)靜安神、抗抑郁、提高注意力和學(xué)習(xí)能力等重要的生理功效。另外，茶氨酸還能中和茶湯的苦澀味，并降低茶葉中高濃度咖啡堿引起的過度興奮效應(yīng)。因此，茶葉中茶氨酸的含量與綠茶品質(zhì)高度相關(guān)。從茶葉中提取或利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的茶氨酸已經(jīng)被廣泛用作保健品和食品添加劑。但是，人們對(duì)茶樹特異地大量合成茶氨酸分子機(jī)理的認(rèn)識(shí)還很少。

 

　　茶氨酸主要在茶樹根中合成。本研究中，作者通過分析不同茶樹品種根中茶氨酸含量和其底物（谷氨酸和乙胺）含量的相關(guān)性 （圖1A-D），發(fā)現(xiàn)乙胺含量和茶氨酸含量呈高度正相關(guān)， 表明乙胺對(duì)茶氨酸的積累起到關(guān)鍵作用。并發(fā)現(xiàn)合成乙胺的丙氨酸脫羧酶編碼基因CsAlaDC的表達(dá)量和乙胺、茶氨酸的含量也呈現(xiàn)高度正相關(guān)（圖1E-H），表明CsAlaDC對(duì)茶樹大量合成茶氨酸至關(guān)重要。值得一提的是，茶氨酸合成酶編碼基因CsTSI的表達(dá)與茶氨酸含量不直接相關(guān)。

 

　　在模式植物煙草葉片中瞬時(shí)表達(dá)CsAlaDC，煙草葉片合成了高濃度乙胺（圖2），證明CsAlaDC在植物體內(nèi)具有合成乙胺的活性。但是在只有大量乙胺合成的條件下，煙草葉片中沒有檢測(cè)到明顯的茶氨酸合成。說明只有乙胺存在，不足以大量合成茶氨酸。

 

　　在此基礎(chǔ)上，將茶氨酸合成酶編碼基因CsTSI與CsAlaDC在煙草葉片中共表達(dá)，煙草葉片合成了大量的茶氨酸（圖3），煙草葉片茶氨酸含量可達(dá)4 mg/g干重，這與茶葉中茶氨酸的含量相當(dāng)。這一結(jié)果表明，CsTSI與CsAlaDC協(xié)同作用決定了茶氨酸的大量合成。

 

　　本研究實(shí)現(xiàn)了在不飼喂底物的情況下，在煙草中高效合成茶氨酸。近年來，植物合成生物學(xué)日益興起，利用植物生產(chǎn)天然產(chǎn)物成本低，且易于規(guī)模化生產(chǎn)。同時(shí)，基因瞬時(shí)轉(zhuǎn)化和表達(dá)系統(tǒng)提高了生產(chǎn)速度，可在轉(zhuǎn)化后幾天后內(nèi)收獲，不受季節(jié)限制，無需長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的生長(zhǎng)期，可以大大節(jié)約時(shí)間成本，提高生產(chǎn)效率。本研究也為在糧食和蔬菜等農(nóng)作物中合成茶氨酸以提高農(nóng)作物品質(zhì)和健康功效提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路線。

　　安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生朱碧穎、郭嘉懿和已畢業(yè)碩士董春霞為為論文共同第一作者，張照亮教授為該論文通訊作者。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所鮑時(shí)來研究員、美國加州大學(xué)戴維斯分校Willam J. Lucas教授也參與了此工作。工作得到了國家自然科學(xué)基金（32072624, 31770731），教育部茶樹生物學(xué)與品質(zhì)化學(xué)創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目（D20026）和安徽省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2008085J18） 的支持。