突破性的研究揭示了如何提高茶的健康益處

諸平

Fig. 1 New research reveals how Pi and JA pathways regulate catechin biosynthesis in tea, offering ways to improve tea quality. Key genetic regulators open up strategies to boost both tea’s health benefits and economic value.

Fig. 2 A model for CsPHRs-mediated catechin biosynthesis in tea. Credit: Horticulture Research

據(jù)《科技日報》（scitechdaily）網(wǎng)站2024年9月25日刊發(fā)來自南京農業(yè)大學科學研究院（Nanjing Agricultural University The Academy of Science）提供的消息，突破性的研究揭示了如何提高茶的健康益處（Groundbreaking Study Reveals How To Boost Health Benefits of Tea）。

一項新的研究強調了磷酸鹽信號（phosphate signaling）和茉莉酮酸酯途徑（jasmonate pathways）如何調節(jié)茶樹中對健康有益化合物——兒茶素（catechin）的生物合成。

一項新的研究揭示了茶樹中磷酸鹽(Pi)信號{phosphate (Pi) signaling}和茉莉酮酸酯(JA)通路{jasmonate (JA) pathways}之間復雜的相互作用，揭示了它們如何控制兒茶素（catechins）的產生。這些化合物是茶的經(jīng)濟重要性和健康益處的關鍵。這項研究揭示了影響兒茶素合成的環(huán)境元素和激素因素。

兒茶素是茶葉中的關鍵活性成分，以其對糖尿病、癌癥和心血管疾病等疾病的保護作用而聞名。然而，它們的生物合成對環(huán)境因素非常敏感，尤其是磷酸鹽(Pi)的有效性，而磷酸鹽在種植茶葉的土壤中通常是稀缺的。這種缺乏會破壞次生代謝物的積累，從而對茶葉質量產生不利影響。鑒于這些挑戰(zhàn)，迫切需要了解在不同營養(yǎng)條件下控制兒茶素生產的分子機制。

關鍵轉錄因子及其作用（Key Transcription Factors and Their Roles）

該研究由浙江省農業(yè)科學院（Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, No. 198 Shiqiao Road, Shangcheng District, Hangzhou, China）等機構的科學家合作進行的，相關研究結果于2024年6月27日已經(jīng)在《園藝研究》（Horticulture Research）雜志網(wǎng)站在線發(fā)表——Linying Li, Xueying Zhang, Da Li, Hui Su, Yuqing He, Zelong Xu, Yao Zhao, Yiyi Hong, Qingsheng Li, Ping Xu, Gaojie Hong. CsPHRs-CsJAZ3 incorporates phosphate signaling and jasmonate pathway to regulate catechin biosynthesis in Camellia sinensis. Horticulture Research, 2024, 11(8): uhae178. DOI: 10.1093/hr/uhae178. Published: 27 June 2024.

參與此項研究的除了來自浙江省農業(yè)科學院的研究人員之外，還有來自浙江大學（Zhejiang University, No. 886 Yuhangtang Road, Xihu District, Hangzhou, China）以及河南農業(yè)大學（Henan Agricultural University, No.15 Longzihu University Area, Zhengdong New District, Zhengzhou, China）的研究人員。

該研究探討了茶樹中磷酸鹽信號傳導和茉莉酮酸酯(JA)通路之間的復雜相互作用。研究人員確定了兩個關鍵的轉錄因子，CsPHR1和CsPHR2{磷酸鹽饑餓反應(phosphate starvation response簡稱PHR}，參與磷酸鹽信號傳導，以及茉莉酮酸酯途徑中的抑制因子——CsJAZ3{茉莉酮酸酯ZIM-結構域(Jasmonate ZIM-domain簡稱JAZ)}。這些要素共同調節(jié)兒茶素的生物合成，以響應營養(yǎng)水平和激素信號，為茶葉品質的遺傳控制提供了新的見解。

研究表明，磷酸鹽缺乏激活了通過CsPHR1和CsPHR2參與兒茶素生物合成的關鍵基因，提高了CsANR1{花青素還原酶（anthocyanidin reductase, ANR)}和CsMYB5c{成髓細胞血癥（Myeloblastosis, MYB)}的表達，這兩個基因在兒茶素的產生中起著關鍵作用。此外，磷酸鹽途徑抑制因子CsSPX1被發(fā)現(xiàn)抑制CsPHR1和CsPHR2的作用，微調對磷酸鹽可用性的反應。

磷酸鹽和茉莉酮酸酯途徑之間的相互作用（Interactions Between Phosphate and Jasmonate Pathways）

該研究進一步揭示了CsJAZ3與CsPHR1和CsPHR2相互作用，將茉莉酮酸酯信號與磷酸鹽調控聯(lián)系起來。這種相互作用對于平衡植物對營養(yǎng)脅迫和激素變化的適應性反應至關重要，從而影響兒茶素含量和整體茶葉品質。

通訊作者洪高杰博士（Dr. Gaojie Hong）評論說:“我們的研究揭示了一個復雜的調控網(wǎng)絡，其中磷酸鹽和茉莉酮酸酯途徑交叉，控制茶樹中兒茶素的生物合成。這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對茶葉代謝的理解，而且為通過精確的遺傳和環(huán)境管理來提高茶葉質量提供了潛在的策略?！?/p>

CsPHRs-CsJAZ3調控模塊的確定為茶葉行業(yè)開辟了重要的機遇。通過有策略地操縱這些途徑，可以提高兒茶素水平，提高茶的質量和健康益處。這些發(fā)現(xiàn)可以為優(yōu)化栽培實踐的發(fā)展提供信息，以提高營養(yǎng)效率，最大限度地減少環(huán)境壓力，提高茶葉的經(jīng)濟和營養(yǎng)價值，使其成為未來更可持續(xù)的作物。

本研究得到浙江省自然科學基金（Zhejiang Provincial Natural Science Foundation of China under Grant No. LQ23C020003 and LR22C020003）、中國國家自然科學基金 (National Natural Science Foundation of China under Grant No. 32272553)，浙江省品種選育種重大科技專項{Major Science and Technology Special Project of Variety Breeding of Zhejiang Province (2021C02067-7 and 2021C02064-6)}、農產品質量安全生物化學威脅治理國家重點實驗室{State Key Laboratory for Managing Biotic and Chemical Threats to the Quality and Safety of Agro-products (2021DG700024-KF202102)}的資助。

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Abstract

Catechins constitute abundant metabolites in tea and have potential health benefits and high economic value. Intensive study has shown that the biosynthesis of tea catechins is regulated by environmental factors and hormonal signals. However, little is known about the coordination of phosphate (Pi) signaling and the jasmonic acid (JA) pathway on biosynthesis of tea catechins. We found that Pi deficiency caused changes in the content of catechins and modulated the expression levels of genes involved in catechin biosynthesis. Herein, we identified two transcription factors of phosphate signaling in tea, named CsPHR1 and CsPHR2, respectively. Both regulated catechin biosynthesis by activating the transcription of CsANR1 and CsMYB5c. We further demonstrated CsSPX1, a Pi pathway repressor, suppressing the activation by CsPHR1/2 of CsANR1 and CsMYB5c. JA, one of the endogenous plant hormones, has been reported to be involved in the regulation of secondary metabolism. Our work demonstrated that the JA signaling repressor CsJAZ3 negatively regulated catechin biosynthesis via physical interaction with CsPHR1 and CsPHR2. Thus, the CsPHRs–CsJAZ3 module bridges the nutrition and hormone signals, contributing to targeted cultivation of high-quality tea cultivars with high fertilizer efficiency.

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