中国农业科学院茶叶研究所茶树种质资源创新团队利用多组学联合分析茶树芽叶发育过程中品质代谢物合成调控机制

茶树的芽与叶是茶叶品质形成的关键载体，其发育伴随着复杂的细胞分化与次生代谢物合成过程。然而，这一过程在细胞类型层面的精确调控机制仍不明确。本研究综合运用单核转录组测序（snRNA-Seq）、转录组测序（RNA-Seq）及代谢组学技术，系统解析了茶树从芽到叶发育过程中的细胞分化轨迹、代谢物动态积累及其调控网络，为该领域提供了全新的系统见解。

2026年第1期，Horticulture Research在线发表了中国农业科学院茶叶研究所茶树种质资源创新团队题为Integrated single-nucleus transcriptomic and metabolomic insights into bud-to-leaf development and metabolite synthesis in tea plant的研究论文。

研究发现，在芽到叶的发育过程中，细胞类型比例呈现动态变化：光合作用相关细胞比例随叶片发育而逐渐上升，而分生组织细胞比例相应下降，表明发育进程向光合功能倾斜。伪时间轨迹分析进一步识别出细胞分化的四个关键分支点，其中分支点4与叶片发育相关基因（如CsNGA、CsHAT2）的上调密切相关，推动了叶片的形态建成。

代谢组学分析揭示了代谢物的阶段特异性积累模式：植物激素如生长素（IAA）、脱落酸（ABA）、茉莉酸（JA）和细胞分裂素（CK）在芽中含量较高，随叶片发育而下降；而赤霉素（GA8）则呈现上升趋势。次生代谢物方面，类黄酮（如黄酮醇和儿茶素）在叶片中持续积累，而茶氨酸等氨基酸则在芽中富集，随发育进程减少。这些积累模式与代谢物的生物学功能高度相关，例如类黄酮增强抗逆性，叶绿素支持光合作用。

在调控机制层面，研究验证了多个关键调控因子的功能：CsmiRNA396b通过靶向CsGRF1/2/3基因，负调控叶片大小，拟南芥过表达实验证实其抑制叶片生长；CsUGT94P1在体外能够催化黄酮醇形成黄酮醇糖苷，促进黄酮醇糖苷的积累，进而影响茶叶的苦涩风味；TCP转录因子CsTCP3与CsTCP14表现出拮抗作用：II类因子CsTCP3随叶片发育表达上升，促进类黄酮合成并抑制叶片扩展；而I类因子CsTCP14表达下降，抑制类黄酮积累但促进叶生长（图1）。

图1茶树芽叶发育与代谢协同调控模型

本研究首次从细胞与分子层面系统阐明了茶树芽叶发育的动态调控网络，填补了茶树细胞类型特异性代谢调控的研究空白。研究充分展现了多组学整合与功能验证在解析植物发育与品质形成中的强大潜力，不仅为茶叶风味与品质形成的分子基础提供了独特视角，也为未来通过基因编辑定向改良茶叶品质提供了新思路。

中国农业科学院茶叶研究所茶树种质资源创新团队助理研究员赵学成和在读硕士徐晓莹为该论文的共同第一作者，中茶所陈亮研究员和姚明哲研究员为通讯作者。感谢华中农业大学陈伟教授，以及团队马建强研究员、马春雷研究员、金基强研究员等的指导。该研究得到了中国农业科学院科技创新工程、浙江省自然科学基金等项目支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhaf281

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