CsS40转录因子在茶树生理和衰老中的作用的发现

咖啡因是茶、可可和咖啡中发现的一种重要的生物活性生物碱，在植物防御和人类消费中发挥着至关重要的作用。尽管其用途广泛且具有生物学重要性，但其生物合成的转录调控在很大程度上仍未被探索。

最近的研究已经确定了植物中咖啡因的多种生物合成途径，其中茶咖啡因合酶 1 (TCS1) 基因在此过程中发挥着关键作用。然而，只有少数转录因子(如 NAC 和 MYB)具有调节 TCS1 的特征，这表明需要进一步研究以完全理解和潜在地控制茶树中的咖啡因生物合成。

2023年8月，园艺研究发表了题为“转录因子CsS40负向调控TCS1表达和咖啡因生物合成与茶树叶片衰老相关”的研究。

在这项研究中，研究人员研究了 CsS40 转录因子在咖啡因生物合成中的作用及其对茶树生理的影响。使用 RT-qPCR 在不同的茶树组织中检查了对咖啡因合成至关重要的 TCS1 基因的表达模式，结果表明与其他部位相比，茶花中的表达量更高。

还研究了激素和光对TCS1的调节作用，结果显示TCS1在激素处理后上调，然后恢复到基础水平。

为了进一步探索这一点，TCS1 基因，包括其启动子 pro-TCS1，被插入载体并用于转化烟草植物。由此产生的转基因植物显示出与茶树中 TCS1 表达一致的 GFP 信号模式。

进行酵母单杂交测定来鉴定调节 TCS1 的转录因子。这导致从茶叶蛋白表达文库中发现了候选转录因子 CsS40。

通过分裂荧光素酶互补和电泳迁移率变动测定进一步验证了其作用，证实了其与 TCS1 启动子的结合和激活。研究发现，在烟草植物中过度表达 CsS40 会增加咖啡因前体的积累并加速叶子衰老，而使用 VIGS 技术在茶树中沉默 CsS40 会导致咖啡因含量增加。

此外，茶愈伤组织中CsS40的过度表达抑制了TCS1的表达和咖啡因的积累，而沉默CsS40则具有相反的效果。研究发现，茶的咖啡因含量随着陈化而减少，这与 CsS40 表达的增加有关。

总之，这项研究为茶树咖啡因生物合成的分子机制提供了重要的见解，证明CsS40是影响咖啡因水平和叶片衰老的关键调节因子，从而影响茶树的生理生化特性。