多組學(xué)手段揭示嫁接茶樹接穗對(duì)砧木的影響

周泳臣, 劉 穎, 鄭文忠, 高 峻, 孔 勝, 呂才有

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)院,云南昆明 650100; 2.云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)茶葉產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)栽培研究室,云南昆明 650201;3.普洱茶樹良種場(chǎng),云南普洱 665000)

早在公元6世紀(jì),賈思勰著的《齊民要術(shù)》中就記錄有“桃接李則甘,李接桃則酸”的事例,嫁接作為一種無(wú)性繁殖的方法,在果樹、桑樹等經(jīng)濟(jì)作物中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[1]。嫁接是人工營(yíng)養(yǎng)繁殖植物的方法之一,即把一種植物的枝或芽嫁接到另一種植物的莖或根上,使接在一起的2個(gè)部分生長(zhǎng)成為一個(gè)完整的植株[2]。我國(guó)對(duì)茶樹嫁接的研究始于20世紀(jì)70年代[3],嫁接技術(shù)在茶樹中主要應(yīng)用于改造老茶園[4]、茶苗擴(kuò)繁[5]、良種保存[6]等。代謝組學(xué)是對(duì)生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定性定量分析,并尋找代謝物與生物體生理生化變化的關(guān)系[7]。目前,代謝組學(xué)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于茶葉產(chǎn)業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié),以揭示機(jī)體在代謝水平上的反應(yīng)[8]。通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù),我們可以更加深入地了解茶葉中內(nèi)含物質(zhì)從育種栽培到加工再到品嘗過(guò)程中的變化規(guī)律,解釋茶葉的風(fēng)味是如何形成的,并提高茶葉的食品安全性[9]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)在RNA層面上對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行研究,探索細(xì)胞中基因轉(zhuǎn)錄情況及轉(zhuǎn)錄調(diào)控規(guī)律[10]。一直以來(lái),茶樹種質(zhì)資源和品種特性的研究都是通過(guò)形態(tài)學(xué)和農(nóng)藝性狀的觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)的。然而,茶樹是一種長(zhǎng)期異花授粉、自交不親和性的植物,表現(xiàn)出高度雜合的生殖特點(diǎn),其后代的遺傳變異較小,因此很難通過(guò)表型來(lái)對(duì)品種進(jìn)行鑒定[11]。轉(zhuǎn)錄組學(xué)為茶樹基因的研究開辟了新途徑,在茶樹功能基因探索[12]、茶樹的發(fā)育動(dòng)態(tài)研究[13]、茶樹葉色的基因調(diào)控探究[14]等方面有著廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的聯(lián)合分析已經(jīng)成為了植物研究領(lǐng)域的趨勢(shì)[15],多組學(xué)的聯(lián)合分析可以減少單一組學(xué)分析帶來(lái)的假陽(yáng)性[16-17],更有利于研究生物學(xué)過(guò)程的調(diào)控機(jī)制[18]。

嫁接技術(shù)在茶樹中的應(yīng)用以及組學(xué)技術(shù)在茶葉學(xué)中的應(yīng)用已有很多研究,但是有關(guān)嫁接茶樹與多組學(xué)技術(shù)的結(jié)合研究卻很少有文獻(xiàn)提及。嫁接植物的砧穗間存在一定的互作[19],接穗不僅對(duì)砧木的生長(zhǎng)發(fā)育有影響,還對(duì)其生理生化的代謝有所影響。目前,嫁接親和力[20]和砧木對(duì)接穗的影響[21]等方面是植物嫁接中的主要研究方向,但是研究接穗對(duì)砧木的影響相對(duì)較少?；诖?本研究以茶樹品種福云6號(hào)為接穗、短節(jié)白毫為砧木進(jìn)行嫁接,將嫁接成活后的砧木短節(jié)白毫和未經(jīng)過(guò)嫁接的短節(jié)白毫為研究對(duì)象,利用代謝組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué),從代謝水平和基因水平聯(lián)合分析茶樹經(jīng)過(guò)嫁接后砧木的內(nèi)含物質(zhì)所發(fā)生的變化,尋找關(guān)鍵代謝物及基因的調(diào)控機(jī)制,以期為嫁接在茶樹中的應(yīng)用提供理論依據(jù),為促進(jìn)茶樹育種、茶葉的品質(zhì)及制茶工藝的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年1月15日已在中國(guó)云南省普洱市普洱良種場(chǎng)的茶園中進(jìn)行了大量的嫁接試驗(yàn),獲得嫁接成活的茶樹,其中接穗為普洱良種場(chǎng)命名的福云6號(hào)茶樹品種,砧木為短節(jié)白毫茶樹品種。2020年9月27日,采集嫁接后的砧木短節(jié)白毫及未經(jīng)過(guò)嫁接的短節(jié)白毫為試驗(yàn)對(duì)象。

1.2 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程見圖1。

1.3 表型數(shù)據(jù)測(cè)定

隨機(jī)選取茶樹品種短節(jié)白毫嫁接前后各30個(gè)樣本(共60個(gè)樣本)進(jìn)行茶葉農(nóng)藝學(xué)性狀的測(cè)定,求取其平均值,測(cè)定內(nèi)容為葉長(zhǎng)、葉寬、葉片厚度、節(jié)間長(zhǎng)度。測(cè)量工具用20 cm直尺和游標(biāo)卡尺,取樣部位為同等高度生長(zhǎng)的分蘗枝,節(jié)間測(cè)量部位均為第1節(jié)灰梗,葉長(zhǎng)、葉寬、葉片厚度測(cè)量均為成熟、健康的葉片,葉面積=0.7×葉長(zhǎng)×葉寬。

1.4 代謝組學(xué)分析

供試材料選取短節(jié)白毫嫁接前后2個(gè)樣本的一芽二葉嫩芽,對(duì)應(yīng)編號(hào)為ACK、BCK;ACK代表嫁接后的砧木短節(jié)白毫,BCK代表未經(jīng)過(guò)嫁接的短節(jié)白毫;每個(gè)樣本有3個(gè)重復(fù)。各樣本分組以及對(duì)應(yīng)信息在表1中列出?；赨PLC-MS/MS檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行廣泛靶向代謝組測(cè)序及生物信息學(xué)分析。

表1 樣本信息及編號(hào)

使用凍干機(jī)(Scientz-100F)將樣本進(jìn)行真空冷凍干燥,然后用研磨儀(MM 400,Retsch)研磨(30 Hz,1.5 min)至粉末,稱取100 mg樣本粉末,用 1.2 mL 70%甲醇提取液將其溶解,進(jìn)行6次渦旋,每次30 s,每次間隔30 min,之后將樣本用4 ℃冰箱保存過(guò)夜,最后離心(轉(zhuǎn)速12 000 r/min)10 min,用微孔濾膜(0.22 μm)過(guò)濾樣本的上清液,放入進(jìn)樣瓶中進(jìn)行UPLC-MS/MS分析。利用數(shù)據(jù)庫(kù)MWDB(metware database)對(duì)質(zhì)譜檢測(cè)的一級(jí)譜、二級(jí)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析,將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)利用Analyst 1.6.3軟件進(jìn)行定性定量分析,使用MultiaQuant軟件對(duì)質(zhì)譜結(jié)果進(jìn)行色譜峰的積分和校正,最終獲得代謝物的相關(guān)數(shù)據(jù)。按照f(shuō)old change≥2或fold change≤0.5且VIP(Variable Importance in Projection)≥1的標(biāo)準(zhǔn)篩選差異代謝物,并將差異代謝物注釋到KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)中,繪制成柱形圖。

1.5 轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

供試材料的各樣本分組以及對(duì)應(yīng)信息與代謝組一致,通過(guò)Illumina測(cè)序平臺(tái)對(duì)樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,對(duì)測(cè)序獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、測(cè)序錯(cuò)誤率檢測(cè)、GC含量分布檢測(cè),最后獲得可用于分析的Clean Reads。將質(zhì)控后的Clean Reads與參考基因組[22]的序列進(jìn)行比對(duì),以獲取在參考基因組或基因上的位置信息和測(cè)序樣本唯一的序列特征信息。之后對(duì)2個(gè)樣本的FPKM值進(jìn)行統(tǒng)計(jì),用DEseq軟件分析差異基因表達(dá),將|log2Fold Change|≥1和FDR<0.05作為篩選差異基因的標(biāo)準(zhǔn)。篩選出差異基因后,將其注釋到KEGG數(shù)據(jù)庫(kù),統(tǒng)計(jì)KEGG通路中差異基因的數(shù)量,并繪制柱形圖。

1.6 聯(lián)合分析

本研究中,對(duì)篩選出的差異代謝物和差異基因進(jìn)行通路富集,并繪制柱狀圖。再將差異基因和差異代謝物采用相關(guān)性系數(shù)做出二者的關(guān)聯(lián)圖,相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析中的差異基因和差異代謝物之間需要存在一定的關(guān)聯(lián)或概率才可以進(jìn)行分析,選取每個(gè)通路中皮爾遜相關(guān)系數(shù)大于0.80且P<0.05的差異基因和差異代謝物作為相關(guān)性結(jié)果作圖,揭示代謝物和基因的關(guān)系。最后,將篩選的差異基因和差異代謝物同時(shí)映射至KEGG通路,進(jìn)行KEGG通路整合,形成基因和代謝物的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型分析

隨機(jī)選取茶樹品種短節(jié)白毫嫁接前后的30個(gè)樣本(共60個(gè)樣本)的茶葉農(nóng)藝學(xué)性狀,測(cè)定結(jié)果列于表2中?？梢钥闯?嫁接茶樹中接穗對(duì)砧木的表型性狀存在著一定的影響,葉面積和葉片厚度明顯增加,節(jié)間變長(zhǎng)。

表2 茶葉樣本的農(nóng)藝性狀

2.2 代謝組分析

2.2.1 主成分分析 通過(guò)對(duì)測(cè)序樣本進(jìn)行PCA分析,可以從復(fù)雜數(shù)據(jù)中找到樣本的聚集規(guī)律。分析結(jié)果中,樣本的組成成分越相近,那么反映在PCA散點(diǎn)圖中的距離越近。圖2為總體測(cè)序樣本代謝物的主成分分析圖,可以看出樣本ACK和BCK有明顯的距離,說(shuō)明嫁接前后的短節(jié)白毫的組分發(fā)生了明顯的改變。

2.2.2 差異代謝物的篩選 通過(guò)對(duì)代謝物的定性定量分析,共檢測(cè)到807個(gè)代謝物。其中ACK和BCK相比,有238個(gè)明顯變化的差異代謝物,127個(gè)差異代謝物的豐度明顯增加,而另111個(gè)明顯降低(圖3)。說(shuō)明經(jīng)過(guò)嫁接后,茶樹接穗福云6號(hào)對(duì)砧木短節(jié)白毫產(chǎn)生了影響,有29.5%的代謝物發(fā)生了明顯的差異變化。由表3可見,這些差異代謝物按照數(shù)量從多到少依次為黃酮類、酚酸類、鞣質(zhì)、有機(jī)酸、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂質(zhì)、其他類、木質(zhì)素與香豆素、生物堿。

表3 樣本ACK和BCK差異代謝物

2.2.3 差異代謝物通路分析 差異代謝物在生物體內(nèi)相互作用,形成了不同的通路。圖4為樣本ACK和BCK的差異代謝物KEGG通路圖,路徑分析表明,差異代謝物在40條KEGG通路中富集,大多數(shù)已經(jīng)鑒定的差異代謝物存在于嘌呤的代謝、類黃酮的生物合成、黃酮及黃酮醇的生物合成、花青素生物合成等途徑中。

2.3 轉(zhuǎn)錄組分析

2.3.1 測(cè)序數(shù)據(jù)的質(zhì)控及比對(duì) 本研究共完成2個(gè)樣本的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,各測(cè)序樣本經(jīng)過(guò)濾后的高質(zhì)量序列數(shù)(Clean Reads)占原始下機(jī)序列數(shù)(Raw Reads)91%以上,其中ACK、BCK 2個(gè)樣本平均獲得43 931 135、43 325 123 Clean reads。Q20堿基百分比在97%及以上,Q30堿基百分比在92%及以上,整體測(cè)序錯(cuò)誤率都在0.03%,且GC含量在43%～45%之間,說(shuō)明測(cè)序質(zhì)量可靠(表4)。

表4 2個(gè)樣本數(shù)據(jù)過(guò)濾統(tǒng)計(jì)分析

2.3.2 樣品基因表達(dá)量總體分布 從箱線圖中不僅可以看出單個(gè)樣本基因表達(dá)水平分散程度,還可以直觀地比較出不同樣本的整體基因表達(dá)水平。本研究各樣本的FPKM箱線分布如圖5所示,可以看出嫁接前后樣本的基因表達(dá)量發(fā)生了一定的改變。

2.3.3 差異基因的篩選 通過(guò)與參考基因組比對(duì),并對(duì)差異基因的FPKM進(jìn)行聚類分析,共篩選出 9 984 個(gè)差異基因,ACK與BCK相比,有5 154個(gè)差異基因下調(diào),4 830個(gè)差異基因上調(diào)?；鹕綀D可直觀地顯示2組樣品中差異基因的總體分布,在聚類分析中,差異基因在同一樣本的不同重復(fù)間表達(dá)量相似,樣本重復(fù)性較好,而在嫁接前后對(duì)比中的表達(dá)量存在較大差異,說(shuō)明嫁接后樣本的差異基因發(fā)生了較大的改變(圖6)。

2.3.4 差異基因通路分析 生物體內(nèi)的各種基因產(chǎn)物通過(guò)相互作用從而擁有生物學(xué)功能,對(duì)差異基因的通路注釋分析可以更深入地理解基因的功能。ACK和BCK中,共有2 577個(gè)差異基因被注釋到了140條通路中,這些通路主要包括植物-病原相互作用、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、植物的MAPK信號(hào)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工、苯丙烷生物合成等途徑(圖7)。

2.4 聯(lián)合分析

通過(guò)KEGG通路富集分析(圖8),可以看出ACK、BCK組合中共有63個(gè)差異代謝物和2 577個(gè)差異基因被注釋到了41條通路中。這些通路主要包括次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成、苯丙烷生物合成、氨基酸的生物合成、類黃酮生物合成、嘌呤代謝等途徑。

黃酮類、氨基酸及酚酸類物質(zhì)對(duì)茶葉品質(zhì)的形成有著非常重要的影響,故本研究對(duì)短節(jié)白毫嫁接前后的黃酮類、氨基酸及酚酸類物質(zhì)的合成通路進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.4.1 類黃酮的生物合成通路分析 類黃酮的生物合成通路(ko00941)中,有8個(gè)差異代謝物[阿夫兒茶精(C09320)、根皮素(C00774)、木樨草素(C01514)、花旗松素(C01617)、綠原酸(C00852)、牡荊素(C01460)、櫻桃苷(C09099)、根皮苷(C01604)]與47個(gè)差異基因(LOC114256437、LOC114256564、LOC114259263、LOC114259464、LOC114259466、LOC114260693、LOC114261298、LOC114263991、LOC114264717、LOC114266018、LOC114266518、LOC114266906、LOC114267318、LOC114267337、LOC114267345、LOC114267871、LOC114270236、LOC114270238、LOC114272405、LOC114274940、LOC114275663、LOC114275665、LOC114280037、LOC114286001、LOC114286958、LOC114286994、LOC114287753、LOC114288703、LOC114292468、LOC114296490、LOC114299087、LOC114301636、LOC114303927、LOC114305452、LOC114305583、LOC114306386、LOC114312075、LOC114313884、LOC114315203、LOC114315651、LOC114319859、LOC114322151、LOC114256437、novel.13152、novel.15782、novel.18072、novel.5374)存在著一定的調(diào)控關(guān)系(圖9)。

在KEGG通路可視化中(圖10),ACK(嫁接后)和BCK(未嫁接)相比,結(jié)合前文的黃酮類差異代謝物統(tǒng)計(jì)結(jié)果(共96個(gè),上調(diào)56個(gè),下調(diào)40個(gè)),發(fā)現(xiàn)黃酮類物質(zhì)從種類和數(shù)量上整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),說(shuō)明嫁接后的ACK黃酮含量整體上是減少的。此通路中的黃酮類差異代謝物櫻桃苷、牡荊素、根皮苷、根皮素呈低表達(dá),而阿夫兒茶精、木樨草素、花旗松素呈高表達(dá)。其中根皮素在上調(diào)基因LOC114322151、LOC114270236和下調(diào)基因LOC114270238的調(diào)控下其含量降低,根皮苷在下調(diào)基因LOC114312075的調(diào)控下其含量降低,櫻桃苷和牡荊素在下調(diào)基因LOC114259263的調(diào)控下其含量降低,阿夫兒茶精在上調(diào)基因LOC114266906的調(diào)控下其含量升高,花旗松素在上調(diào)基因LOC114261298的調(diào)控下其含量升高,木樨草素在上調(diào)基因LOC114261298的調(diào)控下其含量升高。

2.4.2 精氨酸和脯氨酸代謝通路分析 精氨酸和脯氨酸代謝通路(ko00330)中,有5個(gè)差異代謝物[4-胍基丁酸(C01035)、胍丁胺(C00179)、5-氨基戊酸(C00431)、乙酸胍(C00581)、γ-氨基丁酸(C00334)]與26個(gè)差異基因(LOC114260176、LOC114265516、LOC114269508、LOC114273252、LOC114276775、LOC114277967、LOC114285207、LOC114288439、LOC114290062、LOC114294609、LOC114303664、LOC114304913、LOC114313679、LOC114315487、LOC114260176、LOC114317839、LOC114318073、LOC114320768、novel.11085、novel.15379、novel.16185、novel.16616、novel.18748、novel.299、novel.443、novel.8839)存在著一定的調(diào)控關(guān)系(圖11)。

在KEGG通路可視化中(圖12),ACK和BCK相比,結(jié)合前文的氨基酸及其衍生物的差異代謝物統(tǒng)計(jì)結(jié)果(共15個(gè),其中上調(diào)5個(gè),下調(diào)10個(gè)),發(fā)現(xiàn)氨基酸及其衍生物從種類和數(shù)量上整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),說(shuō)明嫁接后的A3氨基酸及其衍生物含量整體上是增加的。在此通路中的氨基酸及其衍生物類差異代謝物5-氨基戊酸和乙酸胍的含量是增加的。5-氨基戊酸在上調(diào)基因LOC114320768、novel.15379的調(diào)控下其含量增加,乙酸胍在上調(diào)基因LOC114269508、LOC114303664、LOC114269508、LOC114303664的調(diào)控下其含量增加。

2.4.3 苯丙烷的生物合成通路 苯丙烷的生物合成通路(ko00940)中,有4個(gè)差異代謝物[對(duì)香豆醛(C05608)、松柏苷(C00761)、綠原酸(C00852)、紫丁香苷(C01533)]與106個(gè)差異基因(LOC114256437、LOC114256564、LOC114257237、LOC114257689、LOC114257730、LOC114258465、LOC114258906、LOC114258943、LOC114259464、LOC114259466、LOC114260459、LOC114262583、LOC114262994、LOC114263991、LOC114264503、LOC114264717、LOC114265680、LOC114265749、LOC114266018、LOC114266518、LOC114267042、LOC114267318、LOC114267337、LOC114267339、LOC114267345、LOC114267871、LOC114268545、LOC114269233、LOC114270247、LOC114270690、LOC114271793、LOC114272405、LOC114272408、LOC114274262、LOC114275663、LOC114275665、LOC114278685、LOC114278832、LOC114281235、LOC114281633、LOC114282324、LOC114282326、LOC114283463、LOC114283464、LOC114284668、LOC114286001、LOC114286958、LOC114287892、LOC114288093、LOC114288703、LOC114292363、LOC114292468、LOC114292633、LOC114293833、LOC114296006、LOC114296174、LOC114296490、LOC114297845、LOC114298482、LOC114299631、LOC114302292、LOC114303070、LOC114303752、LOC114303927、LOC114304830、LOC114305112、LOC114305583、LOC114305594、LOC114305605、LOC114308066、LOC114308469、LOC114308775、LOC114308776、LOC114309119、LOC114309223、LOC114309410、LOC114309568、LOC114310843、LOC114311453、LOC114311917、LOC114313884、LOC114314146、LOC114314337、LOC114315203、LOC114315274、LOC114315460、LOC114315462、LOC114316100、LOC114317021、LOC114318050、LOC114318719、LOC114318737、LOC114319656、LOC114256437、LOC114319859、LOC114323055、novel.10226、novel.13152、novel.13415、novel.15157、novel.15499、novel.15782、novel.18072、novel.4981、novel.7088、novel.8826)存在著一定的調(diào)控關(guān)系(圖13)。

在KEGG通路可視化中(圖14),ACK和BCK相比,結(jié)合前面酚酸類差異代謝物統(tǒng)計(jì)結(jié)果(共51個(gè),其中上調(diào)25個(gè),下調(diào)26個(gè)),發(fā)現(xiàn)酚酸類物質(zhì)從種類和數(shù)量上整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),說(shuō)明嫁接后的A3酚酸類物質(zhì)含量整體上是增加的。在此通路中的差異代謝物對(duì)香豆醛、松柏苷、紫丁香苷呈低表達(dá),綠原酸呈高表達(dá),對(duì)香豆醛在上調(diào)基因LOC114292363、LOC114296174、LOC114302292、LOC114310843和下調(diào)基因LOC114257237、LOC114268545、LOC114284668、LOC114314337、novel.10469的調(diào)控下其含量降低,松柏苷在下調(diào)基因LOC114258943、LOC114291012、LOC114298482、LOC114311917的調(diào)控下其含量降低,紫丁香苷在下調(diào)基因LOC114258943、LOC114291012、LOC114298482、LOC114311917的調(diào)控下其含量降低,綠原酸在上調(diào)基因LOC114319859、LOC114256437、LOC114256564、LOC114263991、LOC114264717、LOC114266018、LOC114266518、LOC114267318、LOC114267337、LOC114267345、LOC114272405、LOC114286958、LOC114292468、LOC114296490、LOC114313883、LOC114313884、LOC114313885、novel.13152、novel.15782和下調(diào)基因LOC114259464、LOC114259466、LOC114267871、LOC114286001、LOC114288703、LOC114315203、novel.18072的調(diào)控下其含量增加。

3 討論

范盛堯通過(guò)嫁接試驗(yàn),得出接穗郁李對(duì)杏砧的莖、葉、花性狀都有所改變的結(jié)論[23]。本研究通過(guò)形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn),嫁接后的砧木短節(jié)白毫葉長(zhǎng)和葉寬都有顯著的增加,葉質(zhì)變得較柔軟,節(jié)間變長(zhǎng)。

周開兵等研究表明,接穗對(duì)砧木的生理生化活性有一定的影響[24]。在本研究中,未嫁接的砧木短節(jié)白毫和嫁接后的砧木短節(jié)白毫之間共檢測(cè)和定量了807種代謝物,且有238種顯著變化的差異代謝物,說(shuō)明經(jīng)過(guò)嫁接后,接穗福云6號(hào)對(duì)砧木短節(jié)白毫產(chǎn)生了影響,有29.5%的代謝物發(fā)生了顯著的差異變化。

黃酮對(duì)茶葉非常重要,有著很多的保健功效,如降膽固醇、抗病毒、增強(qiáng)免疫力等[25-26]。通過(guò)分析代謝組與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),短節(jié)白毫在嫁接前后共檢測(cè)到了黃酮類差異代謝物96個(gè),嫁接后有40個(gè)黃酮類物質(zhì)含量增加,56個(gè)黃酮類物質(zhì)含量減少。在類黃酮的生物合成通路(ko00941)中,有8個(gè)差異代謝物和47個(gè)差異基因參與類黃酮生物合成的代謝通路,黃酮類差異代謝物櫻桃苷、牡荊素、根皮苷、根皮素在嫁接后其含量增加,阿夫兒茶精、木樨草素、花旗松素在嫁接后其含量降低,該通路中的相關(guān)調(diào)控基因LOC114322151、LOC114270238等在嫁接后含量既有增加也有減少,包括其他通路中黃酮類差異代謝物和差異基因在內(nèi)的變化使得嫁接后的短節(jié)白毫的黃酮種類整體上是減少的。從黃酮對(duì)茶葉的影響來(lái)看,以福云6號(hào)為接穗、短節(jié)白毫為砧木進(jìn)行嫁接,不利于短節(jié)白毫的品質(zhì)形成。

氨基酸的組成、含量和降解產(chǎn)物對(duì)茶葉的品質(zhì)有非常重要的影響[27],是構(gòu)成茶葉滋味的重要組成部分,其含量越高,茶的味道越好、香氣越濃[28-29]。通過(guò)分析代謝組與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),短節(jié)白毫在嫁接前后共檢測(cè)到了氨基酸及其衍生物15個(gè),嫁接后有10個(gè)氨基酸及其衍生物含量增加,5個(gè)氨基酸及其衍生物含量減少。在氨基酸的生物合成通路(ko01230)中,有5個(gè)差異代謝物和26個(gè)差異基因參與了該代謝通路,發(fā)現(xiàn)在此通路中的氨基酸及其衍生物類差異代謝物5-氨基戊酸和乙酸胍的含量在嫁接后含量降低,調(diào)控這2個(gè)代謝物的相關(guān)基因LOC114320768、LOC114269508等在嫁接后含量均降低,但是其他通路中氨基酸及其衍生物類的差異代謝物和差異基因的變化使得嫁接后的短節(jié)白毫氨基酸及其衍生物含量整體上是增加的。從氨基酸及其衍生物的含量方面分析,以福云6號(hào)為接穗、短節(jié)白毫為砧木進(jìn)行嫁接,可以促進(jìn)短節(jié)白毫的品質(zhì)形成。

茶葉中的酚酸類物質(zhì)具有利膽、降壓、治療冠心病等作用[30]。通過(guò)代謝組與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)表明,短節(jié)白毫在嫁接前后共檢測(cè)到了酚酸類差異代謝物51個(gè),嫁接后有26個(gè)酚酸類物質(zhì)含量增加,25個(gè)酚酸類物質(zhì)含量減少。在苯丙烷的生物合成通路(ko00940)中,有4個(gè)差異代謝物和106個(gè)差異基因參與了該代謝通路,發(fā)現(xiàn)在此通路中的酚酸類差異代謝物中,對(duì)香豆醛、松柏苷、紫丁香苷呈現(xiàn)嫁接后含量增加,綠原酸在嫁接后含量降低,相關(guān)調(diào)控基因LOC114310843、LOC114257237等在嫁接后含量既有增加也有減少,包括其他通路中酚酸類差異代謝物和差異基因的變化使得嫁接后的短節(jié)白毫酚酸類物質(zhì)含量在整體上是增加的。因此,從酚酸類物質(zhì)含量方面來(lái)分析,以福云6號(hào)為接穗、短節(jié)白毫為砧木進(jìn)行嫁接,可以促進(jìn)短節(jié)白毫的品質(zhì)形成。

4 結(jié)論

茶樹品種短節(jié)白毫作為砧木在嫁接后表型性狀發(fā)生了改變,葉長(zhǎng)、葉寬顯著增加,節(jié)間變長(zhǎng)。

茶樹品種短節(jié)白毫作為砧木在嫁接前后共檢測(cè)到807個(gè)代謝物,其中有238個(gè)顯著變化的差異代謝物,127個(gè)差異代謝物的在嫁接后含量降低,而另111個(gè)含量增加。這些差異代謝物按照數(shù)量從多到少依次為黃酮類、酚酸類、鞣質(zhì)、有機(jī)酸、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、脂質(zhì)、其他類、木質(zhì)素與香豆素、生物堿。且差異代謝物在40條KEGG 通路中富集,大多數(shù)已經(jīng)鑒定的差異代謝物存在于嘌呤的代謝、類黃酮的生物合成、黃酮及黃酮醇的生物合成、花青素生物合成等途徑中。篩選出9 984個(gè)差異基因,4 830個(gè)差異基因在嫁接后含量降低,有5 154個(gè)差異基因在嫁接后含量增加,差異基因在140條KEGG通路中富集,大多數(shù)已經(jīng)鑒定的差異基因存在于植物-病原相互作用、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、植物的MAPK信號(hào)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)加工、苯丙烷生物合成等途徑中。

短節(jié)白毫作為砧木在嫁接后,其黃酮類物質(zhì)含量[根皮苷(C01604)等]在基因LOC1142564376等的調(diào)控下整體上是減少的;氨基酸及其衍生物類物質(zhì)含量[5-氨基戊酸(C00431)等]在基因LOC114260176等的調(diào)控下整體上是增加的;酚酸類物質(zhì)含量[對(duì)香豆醛(C05608)等]在基因LOC114292363等的調(diào)控下整體上是增加的。