茶樹是重要的木本葉用型園藝作物，其鮮葉制作而成的茶葉因其獨特的風(fēng)味和天然化合物深受人們喜愛。茶樹中風(fēng)味相關(guān)次生代謝產(chǎn)物積累是茶葉獨特風(fēng)味形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，如兒茶素，特別是酯型兒茶素是茶的苦澀味的來源之一，茶氨酸是茶葉鮮爽的來源。隨著茶樹基因組解析，茶樹中主要次生代謝合成與調(diào)控機(jī)制研究上取得矚目的成果，但深入到細(xì)胞層面的生物合成與分布卻鮮有報道。

單細(xì)胞測序作為一種能夠在單個細(xì)胞水平進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析的高分辨分析技術(shù)，使分析不同細(xì)胞類型的代謝特征成為可能。近日，我校茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室宋傳奎教授團(tuán)隊在植物學(xué)知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（2021 年SCI 影響因子13.263）發(fā)表題為《Single-cell transcriptome atlas reveals developmental trajectories and a novel metabolic pathway of catechin esters in tea leaves》的研究論文。該研究建立了茶樹葉片原生質(zhì)體的快速分離體系并對16977 個單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行研究，構(gòu)建了首個木本植物葉片的單細(xì)胞圖譜，繪制了茶樹葉片發(fā)育軌跡，并發(fā)現(xiàn)了新型的一個酯型兒茶素糖基轉(zhuǎn)移酶，獲得酯型兒茶素糖苷化的證據(jù)。

由于茶樹葉片細(xì)胞壁厚，次生代謝豐富，木本植物組織難以消化釋放原生質(zhì)體且茶樹生長周期長等原因，茶葉細(xì)胞類型特異性標(biāo)記基因很少，增加了茶葉細(xì)胞類型鑒定的難度。為了克服這些困難，宋傳奎教授團(tuán)隊使用不同方法檢測茶葉葉片結(jié)構(gòu)，觀察茶葉細(xì)胞，并根據(jù)其茶樹葉片特征，建立了茶樹葉片原生質(zhì)體的快速分離方法。在此基礎(chǔ)上，通過對16977 個單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測序，將茶葉葉片的單細(xì)胞劃分為16 個細(xì)胞簇。隨后，作者又通過相同的酶解手段，對葉片進(jìn)行了表皮，葉肉，維管組織等6 個亞組分的分離，并驗證各細(xì)胞簇特異高表達(dá)的基因在6 組分中的相對表達(dá)水平，結(jié)合模式植物中的細(xì)胞標(biāo)記基因同源注釋，包含了茶樹葉片中的主要細(xì)胞類型。

團(tuán)隊比較嫩葉與老葉的轉(zhuǎn)錄組差異，繪制了嫩葉細(xì)胞的分化與發(fā)育軌跡并標(biāo)注了各個狀態(tài)和分支的高表達(dá)基因?；趩渭?xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和細(xì)胞類型的鑒定，能夠降低不相關(guān)細(xì)胞帶來的背景噪聲，從而提高調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度。于是通過葉肉中特異表達(dá)矩陣進(jìn)行共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)了一個葉肉高表達(dá)且與兒茶素代謝顯著相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶基因UGT72B23。通過體內(nèi)外活性驗證了其酯型兒茶素糖基轉(zhuǎn)移酶活性，在植物葉片中檢測到酯型兒茶素糖苷并繪制了單細(xì)胞水平下UGT72B23 介導(dǎo)的時空特異性的兒茶素酯葡萄糖苷合成途徑。

該研究采用多種方法進(jìn)行了細(xì)胞標(biāo)記基因的驗證，為木本植物葉片細(xì)胞圖譜繪制提供了重要的參考信息，其原生質(zhì)體快速分離技術(shù)也為其他木質(zhì)化組織快速分離提供了新思路。并通過特定細(xì)胞類型篩選表達(dá)矩陣發(fā)現(xiàn)了一種新型的酯型兒茶素糖基轉(zhuǎn)移酶，提供了茶樹酯型兒茶素糖苷化證據(jù)。