不同的茶叶品种在制造适宜性上存在差异。该研究采用代谢组学和蛋白质组学方法，对23个中国茶叶品种鲜叶中代谢物和蛋白质的差异进行了研究。综合分析发现了115种不同的代谢产物，在氨基酸、苯丙素、黄酮类化合物和萜类化合物的生物合成途径以及过氧化物酶的丰度上存在显著差异。绿茶品种氨基酸和氨基酸相关酶的丰度较高，而黄烷醇和黄酮类生物合成相关酶的丰度较低。红茶品种黄烷醇、黄烷醇苷、黄酮类生物合成相关酶和过氧化物酶的丰度较高。乌龙茶品种中萜类生物合成酶的丰度较高。

中国农业科学院茶叶研究所在《Food Chemistry》期刊发布题为"Metabolomics combined with proteomics provides a novel interpretation of the compound differences among Chinese tea cultivars (Camellia sinensisvar. sinensis) with different manufacturing suitabilities"的文章，通过代谢组学和蛋白质组学分析了不同中国茶树品种在不同的制造适宜度的化合物差异。

研究背景

茶叶是一种世界知名的天然饮料，因其愉悦的味道和多种健康益处（如抗氧化、抗炎和抗菌生物活性）而日益受到消费者欢迎。茶树品种（Camellia sinensis var. sinensis）在中国种植，并通过不同的加工技术制成绿茶、白茶、乌龙茶和红茶。不同品种的茶叶适合不同的加工技术，即每个茶树品种都有最适合其的加工方式，这反映了茶树品种与商业茶之间的关系。茶叶的内含代谢物影响了茶树品种的加工适宜性，但具体的代谢物种类和相关的机制尚不清楚。

技术手段

实验材料：23种相同生长条件和阶段的适合制造绿茶、白茶、乌龙茶和红茶的中国茶树品种的一芽两叶（约150克）；实验方法：非靶向代谢组学、蛋白质组学

主要结果

不同茶叶品种的代谢物谱

对23个茶叶品种进行进行非靶向代谢组学分析。共检测到2356个化合物特征离子。从图1的PLS-DA可看到，23个茶叶品种明显分为4个类群，23个茶叶品种115种差异化合物的PLS-DA双图发现了区分GT、WT、OT和BT品种的关键代谢物，其中在中心附近有橙色标记的化合物是那些对分类有重要贡献的化合物，并对这些化合物进行进一步分析。共鉴定出124种非挥发性化合物，涵盖10大类，包括10种黄烷醇、13种二聚黄烷醇、14种酚酸、28种黄酮和黄酮醇苷、6种氨基酸、8种生物碱、8种有机酸、3种芳香前体、22种脂质和12种其他化合物。其中115个化合物在绿茶(GT）、白茶(WT)、乌龙茶（OT）和红茶（BT）品种间差异显著(方差分析，p < 0.05)。这些代谢物涉及包括氨基酸、苯丙素、类黄酮和萜类化合物的生物合成多个生物合成途径。其中GT氨基酸含量较高，与氨基酸生物合成相关的酶丰度也较高；黄酮类化合物，如黄酮醇和黄酮醇苷类化合物的生物合成相关酶的丰度较低。BT如肌苷酸（AMP）和胆碱（choline）的特定代谢物含量较高，这些化合物与白茶的甜味有关。通过热图分析，可以直观地看到不同品种中代谢物含量的变化，其中黄色表示高于平均水平，蓝色表示低于平均水平。

图1 (A) 23个中国茶叶品种复合格局PLS-DA评分图;(B) 23个茶叶品种115种差异化合物的PLS-DA双图，灰色三角形代表化合物，粉色、黄色、蓝色和绿色方框分别代表GT、WT、OT和BT品种。

图2 GT、WT、OT和BT品种差异代谢物途径富集分析

图3 GT、WT、OT和BT品种115种差异化合物含量的热图分析。黄色表示复合丰度高于23个品种的平均丰度;蓝色表示化合物丰度低于平均丰度。

不同茶叶品种的蛋白质谱

GT、WT、OT和BT品种中分别鉴定出6326、5947、3919和5578个蛋白。经GO分析，鉴定的蛋白质参与了包括核酸代谢、细胞蛋白代谢、大分子生物合成、基因表达调控等多种生物过程。涉及的细胞组分包括细胞核、质体、核仁、液泡、质膜、线粒体、叶绿体、内质网等。蛋白质具有如焦磷酸酶活性、蛋白激酶活性、mRNA结合、过渡金属离子结合、内切核酸酶活性等多种分子功能。KEGG前10条富集途径为类黄酮生物合成途径;丙酮酸代谢;植物-病原互作;甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢;beta-alanine新陈代谢;半胱氨酸和蛋氨酸代谢;脂肪酸降解;缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解;光合作用和萜类主链生物合成。其中，黄酮类生物合成途径和氨基酸代谢相关途径在代谢物和蛋白质两个方面都富集，强调了GT、WT、OT和BT品种间黄酮类生物合成和氨基酸代谢的重要性和显著差异，此外，萜类物质是一类香气物质，对茶叶香气的形成起着至关重要的作用，在本研究中，萜类主干生物合成途径在蛋白质组学差异蛋白的功能注释中被富集，表明不同制造适宜性的茶品种间萜类含量可能存在显著差异。此外，代谢物与蛋白质的相关性分析表明，氨基酸生物合成-、蛋白质生物合成-、蛋白质水解相关酶与氨基酸的Pearson相关系数(r)普遍大于0.5;黄酮类生物合成相关酶和过氧化物酶与黄烷醇、原花青素和茶蛋白素均呈r > 0.5，因此，接下来的“代谢-蛋白”联合分析主要集中在GT、WT、OT和BT品种中黄酮类、氨基酸和萜类的生物合成和代谢途径上。

图4 (A)氨基酸生物合成过程中DEPs的变化热图(B)蛋白质生物合成;(C)蛋白水解;(D)过氧化物酶;(E)萜类生物合成。数据是自动缩放的。黄色表示蛋白质丰度高于平均丰度;蓝色表示蛋白质丰度低于平均丰度。

影响茶叶品种制造适宜性的代谢物、代谢途径及相关酶的综合分析

茶叶中氨基酸的含量与氨基酸的生物合成和代谢以及蛋白质的生物合成和降解密切相关，在本研究中，GT品种的氨基酸(茶氨酸、精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、缬氨酸和色氨酸)含量显著高于其他品种，这解释了为什么用GT品种西茶5号、中茶102、安吉白茶、远早2号、龙井43号、中茶108、埃茶1号和毛利夫生产的绿茶具有更强烈的鲜味。在参与氨基酸生物合成的蛋白质方面，与WT、OT和BT品种相比，GT品种中天冬氨酸激酶、天冬氨酸转氨酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺- trna合成酶等差异表达最多的蛋白质(DEPs)显著上调。另一方面，参与蛋白质生物合成和蛋白质水解途径的大多数酶在GT组之间没有显著差异。黄酮类化合物是由苯丙酸途径衍生的多种分支途径产生的，被认为是参与这一过程的重要酶，特别是黄烷醇对茶泡的口感、颜色和香气的形成起着重要的作用。在该研究中发现15种DEPs是参与苯丙氨酸和类黄酮生物合成的重要酶。此外通过多种酶的上下调分析发现，与发酵茶品种相比，GT品种的PAL显著下调，这可能表明进入苯基-丙素途径合成多酚的代谢物通量较少，因此GT品种鲜叶的苦味和涩味较轻。生物合成茶黄素的含量是红茶品质的一个指标，在发酵过程中形成茶黄素需要较高的黄烷醇含量，其中黄烷醇的氧化缩合是由POD过氧化物酶和PPOs催化的。在本研究中，BT品种黄烷醇含量最高，约为GT品种的1.5倍。这可能是由于BT品种中参与苯丙素和黄酮类生物合成的大多数酶的表达丰度更高，并且蛋白质组学数据显示，检测到的5种pod在BT品种中的表达丰度显著高于GT、WT和OT品种。这些结果共同解释了为什么BT品种适合生产高品质的商业红茶。黄酮醇- o -糖苷具有极低的味觉阈浓度的涩味。作者前期的研究发现，红茶发酵后山奈酚- o -糖苷和槲皮素- o -糖苷的含量显著降低，可以降低黄酮醇- o -糖苷的涩味。这也解释了为什么黄烷醇o -糖苷含量高的品种更适合制造红茶，而不是制造绿茶、白茶和乌龙茶。

萜类化合物是植物中主要挥发性次生代谢产物，对茶的香气有重要贡献，其中乙酰乙酰辅酶a硫酶、磷酸戊酸激酶、甲戊酸激酶和香叶基焦磷酸合成酶在OT品种中含量最多，其次是GT、BT和WT品种。这表明，参与萜类生物合成的酶在OT品种中的高表达可能是乌龙茶高香气的原因之一。鲜茶叶中乙酰乙酰辅酶a硫酶、磷酸戊酸激酶、甲戊酸激酶和香叶基焦磷酸合成酶的表达丰度可作为今后茶叶品种选育工作的指标。

_{图5 不同制造适宜性茶叶品种苯丙素、黄酮类化合物和氨基酸的生物合成途径图。蛋白质组学分析中检测到蓝色酶。}

研究结论

总的来说，该研究从代谢产物和蛋白质两方面对茶叶品种的适宜性进行了新的解释，这些结果为理解不同茶树品种适合特定茶叶加工方式的分子机制提供了新的见解，并有助于指导茶树品种的选育和茶叶加工技术的改进。对品种选育具有指导意义，为茶叶生产提供了科学依据。