4月19日，国际植物学权威学术期刊《植物学杂志》(The Plant Journal) 在线发表安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室夏涛教授团队的题为《深入了解酰化机制：共表达丝氨酸羧肽酶类酰基转移酶和非催化伴侣旁系蛋白》(Insights into acylation mechanisms: Co-expression of serine carboxypeptidase-like acyltransferases and their noncatalytic companion paralogs)的文章，最终揭开了茶树酯型儿茶素合成之谜。
我国的茶叶品类丰富，饮茶人群众多。茶产品具有独特的苦涩风味，这与茶鲜叶中富含的酚类物质，特别是酯型儿茶素密切相关。酯型儿茶素除了影响茶叶的感官品质，同时也是对人体健康非常有益的一类物质，具有抗氧化，减肥降脂，抗病毒等功效。
酯型儿茶素作为茶叶中的“明星物质”，它的生物合成通路始终是个谜题。究竟是什么基因在控制它的合成?这也成为当前茶树生物学领域的研究重点。
在国家基金委支持下，安徽农业大学茶学科研团队多年来一直坚持探索茶树酯型儿茶素的合成及水解途径。
· 2012年，夏涛课题组第一次证实茶树酯型儿茶素没食子酰基化过程涉及两步反应(Journal of Biological Chemistry，2012)。
· 2016年，酯型儿茶素没食子糖基化形成的CsUGT84A基因功能得到验证(Journal of Experimental Botany，2016)。
· 2019年，课题组成功解析了非酯型儿茶素合成关键酶在聚合态儿茶素合成中的作用机制(The Plant Journal，2019)。
· 2020年，课题组首次报道参与酯型儿茶素水解的植物单宁酶基因家族Tannase(New Phytologist，2020)。
但是茶树酯型儿茶素合成机理的研究举步维艰，进展缓慢。
经过近十年的探索，课题组通过酶学、生物化学、分子生物学等技术手段，利用传统的蛋白分离纯化手段，从茶树中纯化了酯型儿茶素合成酶，再经过蛋白质谱鉴定和匹配茶树基因组，筛选到两条SCPL同源基因序列。课题组将其分别命名为CsSCPL4和CsSCPL5。
▲ 基因共表达策略(a)及茶树酯型儿茶素合成代谢途径(b)
这两条基因在茶树不同组织器官具有相同的表达规律，都是在幼嫩叶高表达，这也与酯型儿茶素的积累规律一致。为了进一步验证两条SCPL基因的功能，课题组通过植物异源蛋白表达系统进行酶学实验，结果表明，当CsSCPL4和CsSCPL5在烟草植株体内单独表达时，重组蛋白不具有酶催化活性;只有当CsSCPL4和CsSCPL5在烟草植株体内共表达时，重组蛋白具有明显的催化活性，能够催化底物生成酯型儿茶素。
▲ 富含单宁植物中的SCPL4酰基转移酶和它们的非催化伴侣
课题组通过蛋白序列分析比对发现，CsSCPL4具有保守的催化三残基(S-D-H)，而CsSCPL5的催化三残基存在突变现象，为T-D-Y。课题组后续通过一系列点突变实验证实了CsSCPL4具有酶催化功能，CsSCPL5则具有非催化伴侣功能。随后的蛋白互作实验进一步证明了CsSCPL4和CsSCPL5存在相互作用。蛋白质免疫印迹实验表明，在共表达系统中，CsSCPL5能够维持CsSCPL4前肽的稳定性，促进CsSCPL4前肽加工为成熟蛋白，进而发挥酶功能。
这一研究成果为茶树酯型儿茶素的代谢调控提供了重要的基因靶点，也为茶树遗传改良和品质提升等领域提供坚实的理论基础。
茶树生物学与资源利用国家重点实验室博士生姚胜波和生命科学学院刘亚军教授为论文共同第一作者，夏涛教授、高丽萍教授和美国北卡罗莱纳州州立大学谢德玉教授为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和安徽省自然科学基金的资助。
来源：中国茶叶加工
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