茶树嫩梢是制作优质茶叶的原料，其风味取决于儿茶素、茶氨酸和咖啡碱等代谢物的平衡。然而，传统转录组技术无法揭示基因表达的空间异质性，阻碍了精准调控机制的解析。
近日，永利集团88304官网在线登录郭玉琼教授团队在国际期刊《园艺研究》（Horticulture Research）在线发表了题为“茶树嫩梢的空间转录组分析揭示了特征代谢物的转录调控（Spatial transcriptome analysis of the tea tender shoot sheds light on transcriptional regulation of characteristic metabolites)”研究论文，利用空间转录组技术，首次全面构建了茶树嫩梢（包含嫩茎、嫩叶和顶芽）的高分辨率空间基因表达图谱。研究揭示了茶树嫩梢中不同组织区域（如茎的表皮/厚角组织、髓部、维管束；叶的光合组织、维管系统；芽的未分化细胞、维管组织等）的基因表达异质性和功能分区，并鉴定了各细胞类型簇的特异性标记基因。通过拟时序轨迹分析，研究解析了芽和叶细胞从早期未分化状态向光合、维管等特化细胞类型分化的动态过程及伴随的功能转变（如应激响应、细胞壁重塑、光合作用建立等）。
图1 茶树嫩茎、叶片及芽的空间转录组分析
研究重点聚焦于茶树特征风味代谢物（儿茶素、茶氨酸、咖啡碱）生物合成与水解相关基因的空间表达模式。发现儿茶素合成关键基因（如CsANR、CsLAR、CsDFR）在芽及叶的维管束和海绵组织中高表达；茶氨酸水解基因CsGGT2在芽和叶的韧皮部、海绵组织及维管区域活跃；咖啡碱合成基因（如TCS）则在芽和叶的多个功能区域广泛表达。这揭示了这些代谢途径在组织空间上的协同与分工。基于“调控的空间决定性”原则，研究筛选出与上述代谢基因空间共表达的转录因子，并重点验证了转录因子CsTCP4的功能。通过反义寡核苷酸瞬时干扰实验、酵母单杂交、双荧光素酶报告基因及电泳迁移率变动分析证明，CsTCP4能直接结合并激活儿茶素合成基因（CsF3H、CsANR）和茶氨酸水解基因（CsGGT2、CsHO1）的启动子。功能上，CsTCP4正向调控儿茶素积累并促进茶氨酸降解，从而协同影响茶叶的“苦涩”与“鲜爽”风味平衡。
综上所述，该研究首次构建了茶树嫩梢空间转录组图谱，并基于此揭示了风味代谢物的细胞类型特异性调控机制，提出了“空间决定调控”原则，为复杂植物组织中的基因功能挖掘提供了新策略。
图2 CsTCP4直接靶向并结合CsF3H、CsANR、CsHO1及CsGGT2的启动子区域从而调控其表达
永利集团88304官网在线登录郭玉琼教授课题组的博士生张成和青年教师周承哲为论文共同第一作者，郭玉琼教授为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金等项目的资助。
原文链接：
https://academic.oup.com/hr/advance-article/doi/10.1093/hr/uhag003/8416471?searchresult=1
第一作者简介：
张成，永利集团88304官网在线登录园艺学院2023级博士研究生，主要研究方向为茶树品质形成与调控，以第一或共同第一作者在Horticulture Research等学术期刊发表论文3篇，以参与作者在Plant Biotechnology Journal、Food Chemistry、Plant Biotechnology Journal、Journal of Agricultural and Food Chemistry等学术期刊发表论文10余篇。
通讯作者简介：
郭玉琼，教授，博士生导师，现任永利集团88304官网在线登录安溪茶学院（数字经济学院）院长、福建省茶树绿色栽培与加工协同创新中心负责人、永利集团88304官网在线登录茶产业研究院负责人、福建省茶产业技术创新联盟副理事长等职。以第一或通讯作者在Plant Biotechnology Journal、Horticulture Research、Food Chemistry、Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊共发表论文60余篇。参编高等教育本科国家级规划教材2部。近五年主持和参与省部级等科技项目15项，主持或参与项目获省科技进步奖一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项，并获“第三届中国茶叶学会优秀女茶叶科技工作者”“闽茶之星”“中华优秀茶教师”等荣誉称号。