Industrial Crops and Products | MYB转录因子调控茶树不同叶位O-甲基化EGCG的生物合成

研究背景

茶作为全球重要的经济作物，其富含的儿茶素及其衍生物具有显著的健康价值。近年来，O-甲基化表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG3"Me和EGCG4"Me）因其增强的稳定性和潜在药用功能备受关注。然而，这两种化合物在茶树不同叶位和组织中的差异积累机制尚未明确。尽管已有研究表明O-甲基化EGCG的合成与特定甲基转移酶（如CsFAOMT1和CsFAOMT2）相关，但调控这些结构基因时空表达的分子机制仍存在空白。此外，茶树鲜叶成熟度对茶叶品质的影响已得到广泛认知，但关于叶片发育梯度中次生代谢物合成的转录调控网络研究仍不深入。此研究以高EGCG3"Me和EGCG4"Me含量的"岭头单丛"茶树品种为材料，聚焦于解析MYB转录因子在O-甲基化EGCG生物合成中的调控作用，旨在为定向改良茶树代谢物组成提供理论依据。

研究结果

茶树不同叶位O-甲基化EGCG的分布特征

该研究通过高效液相色谱（HPLC）分析发现，"岭头单丛"茶树品种的EGCG3"Me和EGCG4"Me含量显著高于其他五个广东主栽品种。进一步组织特异性分析表明，EGCG3"Me在第三、第四片成熟叶片中富集，而EGCG4"Me主要分布于茎部。值得注意的是，EGCG（前体化合物）在嫩叶和芽中的含量最高，但其与两种O-甲基化产物的积累呈弱相关性，提示合成途径的调控独立于前体供应。转录组数据揭示，EGCG3"Me合成基因CsFAOMT1在成熟叶片中高表达，而EGCG4"Me合成基因CsFAOMT2在茎部特异性激活，其表达水平与对应代谢物含量高度正相关（相关系数分别达0.96和1.0），表明结构基因的时空表达是差异积累的核心驱动因素。

MYB转录因子的筛选与功能网络构建

通过加权基因共表达网络分析（WGCNA），研究团队鉴定了与EGCG3"Me和EGCG4"Me积累显著相关的共表达模块。MEBrown模块中，CsFAOMT1与MYB、WRKY、bHLH等转录因子共现；MEGrey60模块则显示CsFAOMT2与MYB、ERF等因子存在强关联。结合基因表达谱与代谢物含量的动态变化，筛选出CsMYB73、CsMYB123和CsMYB86为核心调控候选基因。其中，CsMYB123的表达模式与EGCG3"Me积累一致，CsMYB86的表达与EGCG4"Me呈正相关，而CsMYB73呈现负调控趋势。进化分析表明，这三个MYB分别属于R2R3-MYB家族的S5、S13和S22亚组，暗示其功能分化。

MYB转录因子的分子调控机制解析

双荧光素酶报告系统显示，CsMYB123显著激活CsFAOMT1启动子活性，而CsMYB73则抑制其表达；CsMYB86特异性激活CsFAOMT2启动子。电泳迁移率变动分析（EMSA）证实，CsMYB86通过直接结合CsFAOMT2启动子的MYB顺式元件（CAACCA）调控其转录。此外，茶树瞬时过表达实验表明，CsMYB123过表达3天后EGCG3"Me含量提升1.8倍，CsMYB86过表达使EGCG4"Me增加2.1倍，而CsMYB73过表达则抑制CsFAOMT1表达并降低EGCG3"Me水平。酵母单杂交实验进一步验证了CsMYB86与CsFAOMT2启动子的直接互作，而CsMYB73和CsMYB123可能通过与其他蛋白复合体协同发挥作用。

环境因子与代谢调控的关联性

该研究还探讨了高温（35℃）和UV-C胁迫对O-甲基化EGCG合成的影响。结果显示，两种处理均未显著改变EGCG3"Me和EGCG4"Me含量，提示其积累主要受发育程序性调控而非环境诱导。这一发现为茶树品种选育提供了新视角：通过遗传改良而非栽培干预可能更有效提升目标代谢物含量。

总结

该研究系统阐明了MYB转录因子通过靶向调控CsFAOMT1和CsFAOMT2表达，驱动O-甲基化EGCG在茶树不同叶位和组织的特异性积累，不仅揭示了次生代谢物时空合成的转录调控新机制，还为高附加值茶产品开发及茶树分子育种提供了关键技术靶点。研究建立的"代谢物-基因-转录因子"多维调控模型，为解析植物次生代谢多样性提供了范式参考。

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