中國是茶樹的原產地，擁有大量的茶樹種質資源。不同茶樹品種制成的茶葉滋味不同。常飲烏龍茶的人都知道“香不過肉桂，醇不過水仙，韻不過大紅袍”。同時，不同生境生產的同一品種的茶樹制成的茶葉滋味不同。唐代“茶圣”陸羽在《茶經》中對茶葉生長環(huán)境的要求做了簡要的概述:“上者生爛石，中者生礫壤，下者生黃土”。這些都表明了茶葉品質不僅受茶樹品種的影響，還受茶樹生長的土壤環(huán)境的影響。
滋味是決定茶葉品質的關鍵因子之一，茶氨酸是茶葉鮮爽的主要成分，茶氨酸的含量是影響茶葉品質的重要決定因素。近年來的一些研究表明，土壤微生物在植物根系中對鐵、磷等養(yǎng)分的轉化和吸收具有關鍵作用。然而，土壤特別是土壤中的微生物究竟如何影響茶樹品質尚不清楚。
2024年2月15日，福建農林大學徐通達/唐文鑫團隊和楊貞標團隊在 Cell Press 旗下期刊 Current Biology 上發(fā)表題為：Root microbiota of tea plants regulate nitrogen homeostasis and theanine synthesis to influence tea quality（茶樹根部微生物調控氮代謝和茶氨酸合成影響茶葉品質）的研究論文。
該研究基于高茶氨酸茶樹品種根部微生物種群構建的人工合成菌群SynCom21可提高不同品種茶樹的銨態(tài)氮和茶氨酸含量，進而改善茶樹品質，為茶樹品質改良提供了新的思路。
該研究首先對武夷學院茶樹種質資源圃的17個茶樹品種進行多年茶氨酸測定發(fā)現，不同季節(jié)和不同茶樹品種根部、葉部茶氨酸含量差異明顯，且茶氨酸含量與根部銨態(tài)氮含量正相關。分別對春秋兩季的高茶氨酸品種和低茶氨酸品種茶樹根部進行微生物種群分析鑒定發(fā)現，茶樹根部和根際的微生物種群不同，秋季茶樹根部擁有更多Proteobacteria微生物，該門水平的微生物種群在春季減少。同時，對不同氮代謝功能的微生物種群的數量進行定量分析，發(fā)現秋季茶樹根部積累了更多氮代謝相關微生物，且高茶氨酸含量品種氮代謝微生物更活躍。對高茶氨酸含量的茶樹品種秋季根部微生物進行分離純化，并模擬高茶氨酸品種根部微生物種群構建人工合成菌群SynCom21，發(fā)現SynCom21不僅提高茶樹對銨態(tài)氮的吸收，還可提高茶氨酸的含量。
SynCom21的效果在高中低茶氨酸含量的茶樹品種中均適用，在氮貧瘠土壤中效果更佳。同時，SynCom21還可以提高模式植物擬南芥的銨態(tài)氮含量。這一發(fā)現意味著SynCom21除了茶樹也能應用于其他作物。
SynCom21提高茶樹銨態(tài)氮含量和茶氨酸含量模式圖
由于茶樹的遺傳轉化體系不成熟，茶樹分子育種落后。目前茶樹育種以選擇育種和雜交育種為主，育種周期長。該研究通過茶樹微生物種群來調控茶樹代謝物的合成，為茶樹品質改良提供了新的思路，對減少化肥用量、保護土壤也具有重要意義。
福建農林大學園藝學院和海峽聯合研究院合成生物學研究中心（合成中心）、武夷學院生態(tài)與資源工程學院辛偉博士為該論文第一作者。福建農林大學合成中心徐通達教授、唐文鑫副教授和福建農林大學[現深圳理工大學（籌）合成生物學院，中國科學院深圳先進技術研究院全國定量合成生物學重點實驗室]楊貞標教授為該論文的共同通訊作者。武夷學院張見明高級農藝師、福建農林大學大數據中心余永東老師、合成中心田云鶴博士、李豪博士等為參與作者。福建農林大學合成中心熊延教授和劉巖林教授為本研究提供了重要幫助。該項研究得到了科技部重點研發(fā)合成生物學專項、福建農林大學啟動經費、國家科技項目備案（中央引導地方科技發(fā)展專項）的聯合資助。
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