茶树是重要的经济作物，因富含独特的风味物质和功能成分深受消费者喜爱。谷氨酰胺合成酶是茶树将无机氮同化为有机氮的第一个酶，是氮同化的限速酶，对茶树的初级代谢、次级代谢以及品质形成都有重要的影响。许多研究表明，miRNA在植物生长、发育、次生代谢和抗性方面发挥了重要作用。但是目前miRNA在茶树谷氨酰胺代谢中的作用尚不清楚，还需要进一步深入研究。2024年2月，Beverage Plant Research 在线发表了华中农业大学园艺林学学院郭飞副教授课题组题为CsmiR396d targeting of CsGS2 plays an important role in glutamine metabolism of tea plant (Camellia sinensis) 的研究论文。首先，根据前期的sRNA和降解组数据，筛选到与茶树谷氨酰胺代谢相关的CsmiR396d及其靶基因CsGS2（glutamine synthetase）。定量实验发现CsmiR396d和CsGS2的表达量在‘福鼎大白茶’的嫩芽、第一叶、成熟叶、老叶、侧根、花和果实这7个部位呈相反的趋势，与miRNA与其靶基因的表达特征相符。随后，通过5’RLM-RACE实验和烟草瞬时表达体系（图1），分别在茶树体内和体外证明了CsmiR396d对CsGS2 的剪切作用。

图1 烟草瞬时表达实验验证CsmiR396d和CsGS2之间的相互作用

接着，通过茶树瞬时表达体系研究了CsmiR396d和CsGS2 在茶树谷氨酰胺代谢中的作用。与对照相比，在CsmiR396d沉默的叶片中，CsGS2 的表达量和谷氨酰胺含量显著增加；而在CsmiR396d过表达的叶片中，CsGS2 的表达量和谷氨酰胺的含量显著下降，CsGS1.2 的表达量显著升高。在CsGS2 沉默的茶树叶片中，CsmiR396d的表达量显著上升，谷氨酰胺含量减少，CsGS1.2，CsTSI（theanine synthetase）以及CsMYB73 的表达量都显著下调。在CsGS2 过表达叶片中，CsmiR396d 的表达量变化不显著，但是叶片中谷氨酰胺含量显著上升。

最后，通过CsmiR396d和CsGS2 过表达拟南芥株系，研究了CsmiR396d和CsGS2 在植物谷氨酰胺代谢中的作用。与野生型拟南芥相比，CsGS2 过表达拟南芥株系中GS2 的表达水平以及谷氨酰胺含量显著增加，GLN1;3（glutamine synthetase）的表达量显著下降。而在CsmiR396d过表达拟南芥株系中，GS2的表达水平和谷氨酰胺含量显著降低，GLN1;3 的表达量相比CsGS2 过表达拟南芥株系升高了许多（图2）。说明在CsmiR396d降低了GS2 基因的表达量后，植物通过增加GS2 同工酶GLN1;3 的表达来维持自身的正常生长发育。

以上结果表明CsmiR396d通过对CsGS2 的调控，在茶树谷氨酰胺代谢中发挥了重要作用。研究结果不仅揭示了CsmiR396d在茶树氮同化中的可能作用，也将为转录后水平调节茶树氮利用提供理论依据和参考。

图2 异源超表达CsmiR396d对拟南芥谷氨酰胺代谢的影响

本文第一作者为华中农业大学园艺林学学院茶学2022届博士李慧，现就职于武汉轻工大学生命科学与技术学院，从事茶树miRNA及次生代谢相关研究。华中农业大学园艺林学学院郭飞副教授为本文的通讯作者。本研究在国家重点研发计划（2022YFD1200505）、国家自然科学基金（32272766）和湖北省科技厅园艺作物种质资源平台（2021DFE016）等项目的资助下完成。

来源: 中国茶叶学会

内容资源由项目单位提供