广东
近日，安徽农业大学宋传奎教授团队联合中国农业科学院茶叶研究所，在国际权威期刊《Plant Biotechnology Journal》发表题为"Natural variation of CsUGT71A60 determines growth and cold tolerance via regulating cytokinin glycosylation in Camellia sinensis"最新研究，首次揭示茶树通过糖基转移酶基因UGT71A60的自然变异，调节顺式玉米素稳态，平衡抗寒防御与生长发育的分子机制，为培育“抗寒又高产”的茶树品种提供了关键理论依据。
茶树（Camellia sinensis）作为重要经济作物，广泛种植于全球热带与亚热带地区。然而，作为多年生常绿植物，茶树对低温胁迫高度敏感，持续低温易导致其生长受阻、产量下降及品质劣变。如何在维持正常生长的同时提升抗逆性（尤其是抗寒性）是作物育种的长期难题，因植物需在防御反应与生长资源分配间进行权衡。研究团队通过对139个茶树品种的遗传多样性分析和抗寒表型鉴定，结合全基因组关联分析（GWAS）与蛋白质组学技术，锁定了一个受低温诱导的关键基因UGT71A60 (图1)。该基因的自然变异与茶树抗寒性显著关联，其表达水平在低温胁迫下显著升高。进一步研究发现，UGT71A60能够催化活性细胞分裂素顺式玉米素（cZ）的糖基化反应，生成非活性形式的顺式玉米素-9-O-葡萄糖苷（cZ9OG）。
为验证基因功能，团队在茶树和模式植物拟南芥中进行了基因表达调控实验。结果显示，沉默UGT71A60会加剧低温导致的光系统损伤和细胞膜透性，显著降低抗寒性；而过表达该基因的植株则表现出更强的抗氧化能力、更低的活性氧积累，以及更高的低温存活率。值得注意的是，过表达UGT71A60的拟南芥不仅抗寒性增强，其根系发育、叶片大小、分蘖数量和种子产量均显著优于野生型，但开花时间延迟，暗示该基因可能通过调节激素平衡优化资源分配，在逆境中优先保障生长与繁殖。
图1.CsUGT71A60自然变异与抗寒性关联分析
值得关注的是，UGT71A60通过调控cZ与cZ9OG的动态平衡，在冷胁迫下形成“激素储备库”，既能快速响应逆境信号，又避免过量活性激素对生长的抑制。此外，研究团队发现转录因子ARR（TEA021099）可直接结合UGT71A60启动子并激活其表达，形成一条由ARR-UGT71A60介导的非经典抗寒信号通路（图2）。这一发现不仅揭示了细胞分裂素糖基化在植物环境适应中的双重作用，也为作物抗逆育种提供了新靶点。
该研究首次揭示了细胞分裂素O-糖基化在协调植物抗寒性与生长发育可塑性中的双重关键作用，并明确了一个由ARR直接调控UGT进而精细调节细胞分裂素稳态的非经典抗寒信号通路。这一发现不仅深化了对植物激素调控网络复杂性的认识，也为作物育种提供了一个极具潜力的靶点。通过精准调控UGT71A60及其同源基因的表达或活性，有望在不牺牲甚至提高产量潜力的前提下，培育出更能适应低温等非生物胁迫的“双赢”茶树及其他作物新品种，以应对全球气候变化带来的挑战。
图2 转录因子ARR直接结合UGT71A60启动子并激活其表达
本研究由安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室联合中国农业科学院茶叶研究所合作完成。安徽农业大学博士后赵明月为论文第一作者，王婧铭、靳洁阳和中国农业科学院茶叶研究所郝心愿研究员为论文共同第一作者。安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室宋传奎，高婷，中国农业科学院茶叶研究所王新超研究员为该研究的共同通讯作者。安徽农业大学荆婷婷副教授，德国慕尼黑工业大学Wilfried Schwab教授参与了研究。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。
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