合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析

doi:10.13305/j.cnki.jts.2014.02.015

茶叶科学 ›› 2014, Vol. 34 ›› Issue (2): 188-194.doi: 10.13305/j.cnki.jts.2014.02.015

合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析

金基强^1,2, 姚明哲¹, 马春雷¹, 马建强^1,2, 陈亮^1,*

1. 中国农业科学院茶叶研究所/国家茶树改良中心,浙江杭州 310008;
2. 中国农业科学院研究生院,北京 100081

收稿日期:2013-08-07 修回日期:2013-08-30 出版日期:2014-04-15 发布日期:2019-09-03
通讯作者: *liangchen@mail.tricaas.com
作者简介:金基强（1983— ）,男,河南信阳人,助理研究员,主要从事茶树资源育种研究。
基金资助:
国家茶叶产业技术体系（CARS-23）、国家自然科学基金（30901159、31170624、31100504）、浙江省自然科学基金（Y3090041、LY13C160005）

Cloning and Sequence Analysis of the N-methyltransferase Gene Family Involving in Caffeine Biosynthesis of Tea Plant

JIN Jiqiang^1,2, YAO Mingzhe¹, MA Chunlei¹, MA Jiangqiang^1,2, CHEN Liang^1,*

1. Tea Research Institute of the Chinese Academy of Agricultural Sciences / National Center for Tea Improvement, Hangzhou 310008, China;
2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

Received:2013-08-07 Revised:2013-08-30 Online:2014-04-15 Published:2019-09-03

摘要/Abstract

摘要： 咖啡碱是茶叶中重要的功能成分,它以黄苷为底物,以S-腺苷甲硫氨酸（SAM）为甲基供体,通过N-甲基转移酶（NMT）类催化的一系列甲基化反应合成的产物。根据NMT基因高度相似的特性,利用长片段PCR法和侧翼序列克隆技术分离了白叶一号6种NMTs的基因组DNA全长,其中有2种为已报道的茶树咖啡碱合成酶基因TCS1、TCS2,1种为假基因,另3种基因分别被命名为TCS3、TCS4、TCS5,基因结构分析发现这6种基因均由4个外显子和3个内含子组成。山茶属植物的NMTs可聚为5类,其中TCS4和TCS5为与其他基因的相似性相对较低的一类。这些结果为今后更好地从基因组水平上剖析茶树咖啡碱的遗传机制提供有用参考。

关键词: 茶树, N-甲基转移酶, 基因家族, 克隆

Abstract: Caffeine is an important bioactive compound in tea. It is synthesized from xanthosine catalysed by N-methyltransferase (NMT) that using S-adenosylmethionine (SAM) as the methyl donor. Based on the characterization of high similarity of CS (Caffeine Synthase) gene sequences, 6 NMTs were cloned from Baiye 1 by using the technique of long PCR and cloning flanking DNA sequence. Two of them are TCS1 and TCS2, one is a pseudogene, and the other three are named TCS3, TCS4 and TCS5, respectively. It was found that these genes were all composed by four exons and three introns through analysis of gene structure. The NMTs of Camellia plants were clustered into 5 groups, the similarity of TCS4 and TCS5 between with other genes is lower. These results provided useful references to dissect the genetic mechanism of caffeine from genome level in tea plant for the future.

Key words: tea plant, N-methyltransferase, gene family, cloning

中图分类号:

金基强, 姚明哲, 马春雷, 马建强, 陈亮. 合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析[J]. 茶叶科学, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.13305/j.cnki.jts.2014.02.015.

JIN Jiqiang, YAO Mingzhe, MA Chunlei, MA Jiangqiang, CHEN Liang. Cloning and Sequence Analysis of the N-methyltransferase Gene Family Involving in Caffeine Biosynthesis of Tea Plant[J]. Journal of Tea Science, 2014, 34(2): 188-194. doi: 10.13305/j.cnki.jts.2014.02.015.

参考文献 21

[1]	Obanda M, Owuor PO.Flavanol composition and caffeine content of green leaf as quality potential indicators of Kenyan black teas[J]. J Sci Food Agric, 1997, 74: 209-215.
[2]	梁月荣, 刘祖生. 不同茶树品种化学成分与红碎茶品质关系的研究[J]. 浙江农业大学学报, 1994, 20(2): 149-154.
[3]	Chen L, Zhou ZX.Variations of main quality components of tea genetic resources [Camellia sinensis (L.) O. Kuntze] preserved in the China National Germplasm Tea Repository[J]. Plant Food Hum Nutr, 2005, 60: 31-35.
[4]	吴命燕, 范方媛, 梁月荣, 等. 咖啡碱的生理功能及其作用机制[J]. 茶叶科学, 2010, 30(4): 235-242.
[5]	Montes FR, Cabrera M, Delgadillo A, et al. The role of potassium channels in the vasodilatory effect of caffeine in human internal mammary arteries[J]. Vasc Pharmacol, 2009, 50(3-4): 132-136.
[6]	Rapuri PB, Gallagher JC, Kinyamu HK, et al. Caffeine intake increases the rate of bone loss in elderly women and interacts with vitamin D receptor genotypes[J]. Am J Clin Nutr, 2001, 74(5): 694-700.
[7]	Grosso LM, Bracken MB.Caffeine metabolism, genetics, and perinatal outcomes: a review of exposure assessment considerations during pregnancy[J]. Ann Epidemiol, 2005, 15(6): 460-466.
[8]	Ashihara H, Monteiro AM, Gillies FM, et al. Biosynthesis of caffeine in leaves of coffee[J]. Plant Physiol, 1996, 111(3): 747-753.
[9]	Ashihara H, Gillies FM, Crozier A.Metabolism of caffeine and related purine alkaloids in leaves of tea (Camellia sinensis L.)[J]. Plant Cell Physiol, 1997, 38(4): 413-419.
[10]	Kato M, Kanehara T, Shimizu H, et al. Caffeine biosynthesis in young leaves of Camellia sinensis: in vitro studies on N-methyltransferase activity involved in the conversion of xanthosine to caffeine[J]. Physiol Plantarum, 1996, 98(3): 629-636.
[11]	宛晓春. 茶叶生物化学: 第三版[M]. 北京: 中国农业出版社, 2003.
[12]	Kato M, Mizuno K, Crozie A, et al. Caffeine synthase gene from tea leaves[J]. Nature, 2000, 406(6799): 956-957.
[13]	许煜华, 文海涛, 赵亮, 等. 英红九号cDNA文库NMT基因的筛选和功能鉴定[C]//中国茶叶学会. 茶树功能基因组和次生代谢学术沙龙论文集, 2011.
[14]	安源, 朱其慧, 陈新, 等. GSDS: 基因结构显示系统[J]. 遗传, 2007, 29(8): 1023-1026.
[15]	Tamura K, Peterson D, Peterson N, et al. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods[J]. Mol Biol Evol, 2011, 28: 2731-2739.
[16]	Yoneyama N, Morimoto H, Ye CX, et al. Substrate specificity of N-methyltransferase involved in purine alkaloids synthesis is dependent upon one amino acid residue of the enzyme[J]. Mol Gen Genom, 2006, 275: 125-135.
[17]	Ishida M, Kitao N, Mizuno K, et al. Occurrence of theobromine synthase genes in purine alkaloid-free species of Camellia plants[J]. Planta, 2009, 229(3): 559-568.
[18]	周晨阳, 金基强, 姚明哲, 等. 茶树等植物中嘌呤生物碱代谢研究进展[J]. 茶叶科学, 2011, 31(2): 87-94.
[19]	谢果, 何蓉蓉, 栗原博. 茶叶生物碱的生物合成与代谢的研究进展[J]. 中国天然产物, 2010, 8(2): 153-160.
[20]	Takeda Y.Differences in caffeine and tannin contents between tea [Camellia sinensis] cultivars, and application to tea breeding[J]. JARQ, 1994, 28(2): 117-123.
[21]	Mohanpuria P, Kumar V, Ahuja PS, et al. Producing low-caffeine tea through post-transcriptional silencing of caffeine synthase mRNA[J]. Plant Mol Biol, 2011, 76(6): 523-534.

合成茶树咖啡碱相关的N-甲基转移酶基因家族的克隆及序列分析

Cloning and Sequence Analysis of the N-methyltransferase Gene Family Involving in Caffeine Biosynthesis of Tea Plant

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献 21

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 10

[1]	王留彬, 黄丽蕴, 滕翠琴, 吴立赟, 成浩, 于翠平, 王丽鸳. 梧州茶树种质资源的遗传多样性及亲缘关系分析[J]. 茶叶科学, 2022, 42(5): 601-609.
[2]	周汉琛, 杨霁虹, 徐玉婕, 吴琼, 雷攀登. 香叶醇生物合成相关基因NUDX1的进化分析[J]. 茶叶科学, 2022, 42(5): 638-648.
[3]	陈琪予, 马建强, 陈杰丹, 陈亮. 利用图像特征分析茶树成熟叶表型的遗传多样性[J]. 茶叶科学, 2022, 42(5): 649-660.
[4]	孙悦, 吴俊, 韦朝领, 刘梦月, 高晨曦, 张灵枝, 曹士先, 余顺甜, 金珊, 孙威江. 抗小贯松村叶蝉和茶棍蓟马的茶树种质筛选及其抗性相关因素分析[J]. 茶叶科学, 2022, 42(5): 689-704.
[5]	王玉源, 刘任坚, 刘少群, 舒灿伟, 孙彬妹, 郑鹏. 茶树R2R3-MYB转录因子CsTT2表达分析及功能初步鉴定[J]. 茶叶科学, 2022, 42(4): 463-476.
[6]	刘建军, 张金玉, 彭叶, 刘晓博, 杨云, 黄涛, 温贝贝, 李美凤. 不同光质摊青对夏秋茶树鲜叶挥发性物质及其绿茶品质影响研究[J]. 茶叶科学, 2022, 42(4): 500-514.
[7]	邢安琪, 武子辰, 徐晓寒, 孙怡, 王艮梅, 王玉花. 茶树富集氟的特点及其机制的研究进展[J]. 茶叶科学, 2022, 42(3): 301-315.
[8]	王涛, 王艺清, 漆思雨, 周喆, 陈志丹, 孙威江. 茶树CLH基因家族的鉴定与转录调控研究及其在白化茶树中的表达分析[J]. 茶叶科学, 2022, 42(3): 331-346.
[9]	刘任坚, 王玉源, 刘少群, 舒灿伟, 孙彬妹, 郑鹏. 茶树CsbHLH024和CsbHLH133转录因子功能鉴定[J]. 茶叶科学, 2022, 42(3): 347-357.
[10]	欧阳珂, 张成, 廖雪利, 坤吉瑞, 童华荣. 基于感官组学分析玉米香型南川大茶树工夫红茶特征香气[J]. 茶叶科学, 2022, 42(3): 397-408.
[11]	刘富浩, 范延艮, 王域, 孟凡月, 张丽霞. 茶树黄金芽CsHIPP26.1蛋白螯合离子的筛选与鉴定[J]. 茶叶科学, 2022, 42(2): 179-186.
[12]	杨妮, 李逸民, 李静文, 滕瑞敏, 陈益, 王雅慧, 庄静. 外源5-ALA对干旱胁迫下茶树叶绿素合成和荧光特性及关键酶基因表达的影响[J]. 茶叶科学, 2022, 42(2): 187-199.
[13]	疏再发, 郑生宏, 邵静娜, 周慧娟, 吉庆勇, 刘瑜, 何卫中, 王丽鸳. 不同茶树品种（系）对减半施肥的响应研究[J]. 茶叶科学, 2022, 42(2): 277-289.
[14]	陈潇敏, 赵峰, 王淑燕, 邵淑贤, 吴文晞, 林钦, 王鹏杰, 叶乃兴. 福建野生茶树资源嘌呤生物碱构成评价及特异资源筛选[J]. 茶叶科学, 2022, 42(1): 18-28.
[15]	刘庆帅, 璩馥榕, 魏梦园, 钟红, 王熠, 陈亮, 金基强. 基于UPLC技术解析金萱×紫娟F₁分离群体代谢物的遗传变异[J]. 茶叶科学, 2022, 42(1): 29-40.