本网讯 茶树是重要的木本叶用型园艺作物，其鲜叶制作而成的茶叶因其独特的风味和天然化合物深受人们喜爱。茶树中风味相关次生代谢产物积累是茶叶独特风味形成的物质基础，如儿茶素，特别是酯型儿茶素是茶的苦涩味的来源之一，茶氨酸是茶叶鲜爽的来源。随着茶树基因组解析，茶树中主要次生代谢合成与调控机制研究上取得瞩目的成果，但深入到细胞层面的生物合成与分布却鲜有报道。
单细胞测序作为一种能够在单个细胞水平进行转录组分析的高分辨分析技术，使分析不同细胞类型的代谢特征成为可能。近日，安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室宋传奎教授团队在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（2021年SCI影响因子13.263）发表题为《Single-cell transcriptome atlas reveals developmental trajectories and a novel metabolic pathway of catechin esters in tea leaves》的研究论文。该研究建立了茶树叶片原生质体的快速分离体系并对16977个单细胞转录组进行研究，构建了首个木本植物叶片的单细胞图谱，绘制了茶树叶片发育轨迹，并发现了新型的一个酯型儿茶素糖基转移酶，获得酯型儿茶素糖苷化的证据。
由于茶树叶片细胞壁厚，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，宋传奎教授团队使用不同方法检测茶叶叶片结构，观察茶叶细胞，并根据其茶树叶片特征，建立了茶树叶片原生质体的快速分离方法。在此基础上，通过对16977个单细胞转录组进行测序，将茶叶叶片的单细胞划分为16个细胞簇。随后，作者又通过相同的酶解手段，对叶片进行了表皮，叶肉，维管组织等6个亚组分的分离，并验证各细胞簇特异高表达的基因在6组分中的相对表达水平，结合模式植物中的细胞标记基因同源注释，包含了茶树叶片中的主要细胞类型。
团队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。基于单细胞转录组数据和细胞类型的鉴定，我们能够降低不相关细胞带来的背景噪声，从而提高调控网络的预测精度。于是通过叶肉中的特异表达矩阵进行共表达网络分析，发现了一个叶肉高表达且与儿茶素代谢显著相关的糖基转移酶基因UGT72B23。通过体内外活性验证了其酯型儿茶素糖基转移酶活性，在植物叶片中检测到酯型儿茶素糖苷并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。
该研究采用多种方法进行了细胞标记基因的验证，为木本植物叶片细胞图谱绘制提供了重要的参考信息，其原生质体快速分离技术也为其他木质化组织快速分离提供了新思路。并通过特定细胞类型筛选表达矩阵发现了一种新型的酯型儿茶素糖基转移酶，提供了茶树酯型儿茶素糖苷化证据。
我校为第一署名单位，茶树生物学与资源利用国家重点实验室博士后王强和硕士生巫毅为论文并列第一作者，宋传奎教授和德国慕尼黑工业大学Wilfried Schwab为并列通讯作者。信阳师范学院崔继来博士，南阳师范学院田锴博士等人参与了该项研究。该项目得到国家自然科学基金优秀青年科学基金、国际合作项目、德国科学基金等项目资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13891
日期：2022-07-13
