如何培育具有高苦茶碱和低咖啡因的茶树?

苦茶碱（1,3,7,9-四甲基尿酸）是一种天然产物，具有显着的抗抑郁、镇静、催眠等药理活性，而咖啡因（1,3,7-三甲基黄嘌呤）对特殊人群有一定的副作用。为了增加茶的健康益处并促进消费，我们需要培育具有高苦茶碱和低咖啡因的茶树。

在本研究中，我们通过将“中茶302”（无苦茶碱）和茶叶种质“乳源苦茶”（RY，富含苦茶碱）进行杂交，构建了F1群体，以确定苦茶碱积累的因果基因。研究结果显示，苦茶碱的含量与咖啡因呈高度负相关（R2 > 0.9）。通过BSR-seq测序分析、分子标记和基因表达分析，我们发现苦茶碱合酶(TcS)基因是候选基因。

TcS位于细胞核和细胞质中，通过喂食底物1,3,7-三甲基尿酸可以在稳定遗传转化的烟草中检测到苦茶碱。体外酶活性实验表明，第241个氨基酸残基是关键残基。此外，我们在不同苦茶碱水平的几个茶种质中扩增了启动子区域，并在RY中发现了234 bp的缺失和271 bp的插入。GUS组织化学分析和双荧光素酶测定均表明RY中的TcS启动子活性相对较高。

最后，我们开发了一种分子标记，它与RY后代中的高苦茶碱个体共同分离。这些结果表明，RY中新的TcS等位基因导致高苦茶碱和低咖啡因性状，开发的功能标记将促进特色茶树的育种。