茶树品种是影响茶叶品质的重要因素,鲜叶化学成分是其茶类适制性与茶叶品质优劣的物质基础。本研究以我国主栽品种铁观音、金萱、福建水仙、福鼎大白茶、白毫早、龙井43和舒茶早为供试材料,进行靶向代谢组学、广泛靶向代谢组学和挥发性代谢组学分析,筛选出不同茶树品种中的特征代谢物;通过转录组学分析,筛选出不同茶树品种中的差异基因;并通过WGCNA分析,鉴定与特征代谢物相关的关键结构基因及调控转录因子。本研究揭示了我国七个主栽品种的特征代谢物及其合成相关的关键基因,初步阐明了我国主栽茶树品种的特征代谢物及转录调控的分子机制。主要研究结果如下:1.我国七个主栽茶树品种的非挥发性特征代谢物分析通过靶向代谢组学和广泛靶向代谢组学分析发现,铁观音芽叶中酯型儿茶素和咖啡碱含量最高,酚酸类和有机酸类占比最大,其中绿原酸和绿原酸甲酯显著积累;金萱芽叶中游离氨基酸、黄酮醇葡萄糖苷、萜类、鞣质和没食子酸等物质显著积累,尤其是EGCG”3Me含量达到22.07 mg/g,属于高EGCG”3Me茶树资源;福建水仙芽叶中总儿茶素和L-抗坏血酸含量较高;福鼎大白茶和白毫早芽叶中脂质类占比最大;此外,福鼎大白茶芽叶中甜味氨基酸、糖类、α-亚麻酸和γ-亚麻酸含量较高,黄酮类含量最低;龙井43和舒茶早芽叶中核苷酸及其衍生物占比最大,并鉴定到亚油酸和棕榈油酸分别在龙井43和舒茶早中显著积累。结果表明7个茶树品种芽叶中代谢物组成及含量影响了其茶叶品质形成及茶类适制性。2.我国七个主栽茶树品种的特征香气成分分析通过挥发性代谢组学分析,铁观音和金萱芽叶中萜类化合物约占总含量的72%,其中α-石竹烯和β-石竹烯均含量较高;此外铁观音芽叶中酚类和酸类占比最大,其中庚醛和丁香酚显著积累,金萱芽叶中香叶醇、反-β-罗勒烯和水杨酸甲酯等香气成分显著积累;福建水仙芽叶中富含酯类化合物,主要包括茉莉内酯和二氢茉莉内酯等,其中反-3-己烯-1-醇乙酸酯在福建水仙和龙井43中含量最高;福鼎大白茶芽叶中醇类占比最大,其中芳樟醇及其氧化物含量显著积累;顺-3-己烯醇、苯乙醇、苯乙醛在福鼎大白茶等绿茶品种中含量最高,反-橙花叔醇、β-紫罗兰酮、茉莉酮在绿茶品种中含量最高。结果表明茶树品种芽叶中芳香物质不仅与茶叶香气品质密切相关,还影响了其茶类适制性。3.我国七个主栽茶树品种的差异基因表达分析通过转录组学鉴定特征代谢物合成通路中的差异基因。在类黄酮途径中鉴定到CsPAL、Cs4CL、CsCHI、CsF3’5’H、CsDFR等基因在铁观音中上调表达,叶绿素途径中的CsMPEC基因在铁观音中显著下调11.12倍,推测这些基因可能通过影响花青素积累和抑制叶绿素合成从而导致铁观音芽叶呈绿紫色。此外,鉴定到2个CsF3’5’H在铁观音和金萱中显著上调,咖啡碱途径上的CsAPRT和CsIMPDH在铁观音中上调表达,推测这可能影响其芽叶中儿茶素和咖啡碱的生物合成;抗坏血酸途径中的CsGal LDH和CsMIOX在福建水仙中显著上调,Talazoparib试剂CsFAD8、CsHAD、CsSAD、CsFATB在福鼎大白茶、白毫早、龙井43和舒茶早中显著上调,这些基因可能影响了其芽叶中特征代谢物的积累。在香气成分合成相关通路中,鉴定到CsCOMTPanobinostat半抑制浓度、CsCCo COMT和CsCAD在铁观音芽叶中显著上调,这可能影响了苯丙烷下游途径中丁香酚的生物合成;CsLIS/NES在福鼎大白茶中显著上调从而影响其芽叶芳樟醇的积累。4.基于权重基因共表达网络分析(WGCNA)构建品种特征代谢物的转录调控网络通过WGCNA分析,筛选与特征代谢物相关的关键结构基因及调控转录因子。在非挥发性代谢物中,鉴定到Csb HLH和CsMYB可能通过调控CsF3’5’H从而影响茶树芽叶中儿茶素的合成;NAC、C2H2、b HLH等转录因子通过调控CsIMPDH来诱导芽叶中咖啡碱的积累;CsMYB可能是调控CsHAD和CsKAS表达和亚油酸合成的关键基因;LBD和NLP转录因子可能通过调控CsMIOX影响芽叶中L-抗坏血酸的生物合成。在香气成分中,鉴定到3个CsMYB通过调控CsADH从而影响芽叶中顺-3-己烯醇和反-3-己烯-1-醇乙酸酯的合成;Csb HLH可能通过调控CsTPS的表达直接影响芽叶中β-石竹烯的积累;此外,b HLH、WRKY、ERF、MYB等转录因子可能单独或通过相互作用调控CsLIS/NES参与芽叶中芳樟醇的生物合成。5.茶树TPS基因家族的全基因组鉴定及表达分析从茶树铁观音基因组中鉴定出48条TPS基因,分别Sediment ecotoxicology命名为CsTPS1-CsTPS48,均含有N末端结构域和C端金属离子结合结构域。CsTPS基因家族分为5个亚家族,为TPS-a、TPS-b、TPS-g、TPS-c和TPS-e/f。相同亚家族的CsTPS基因外显子-内含子数目基本一致。上游启动子区域分析发现大量与植物发育、激素和胁迫响应相关的顺式作用元件。CsTPS基因在茶树特定发育时期发挥重要作用。此外,CsTPS3、CsTPS23、CsTPS25、CsTPS29和CsTPS30在Me JA处理下显著上调,CsTPS3在GA处理下显著上调,CsTPS29和CsTPS30在低温和干旱处理下显著上调,CsTPS23、CsTPS25、CsTPS29分别金萱、白毫早和福鼎大白茶中显著上调。结果表明CsTPS基因在茶叶香气形成中发挥重要作用,并且与茶树非生物胁迫响应紧密相关。