茶树(Camellia sinensis),属山茶科山茶属植物,是重要的经济作物。茶树喜温暖湿润气候,最适生长温度为20℃-25℃。我国是茶的原产地,也是世界上最早发现、利用和人工种植茶的国家。由于全球变暖,夏季气温逐渐升高,极端天气频繁出现,严重影响了茶叶产量与品质,因此提高茶树抗逆性已成为研究热点之一。海藻糖(Trehalose)又称漏芦糖,在生物体生命活动过程中起到重要作用,是维持生命活动的主要来源之一。目前,外源海藻糖已被应用于植物提高耐热性。然而,关于海藻糖在茶树中的作用还尚不清楚。本研究以铁观音为试验材料,对高温胁迫处理的茶苗喷施海藻糖,测定茶苗的生理特性,并利用转录和代谢组技术系统的探究外源海藻糖影响茶树高温胁迫的生理分子机制。研究主要结果如下:1.外源海藻糖对茶树生理特性的影响将茶苗置于高温(光照12 h、温度38℃;黑暗12 h、温度29℃)处理2 d后分别以清水、2.5、5和10 mmol/L的外源海藻糖喷施于叶面,随后在0 h、12 h、24 h、36 h和48 h对上述处理茶苗的第二三叶位的叶片进行采样,并对叶片的生理指标进行测定。结果表明:与清水相比,外源海藻糖提高了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性,这提示海藻糖处理增强了高温胁迫下茶树叶片清除活性氧(ROS)的能力。2.5 mmol/L和5 mmol/L海藻糖喷施处理显著降低高温胁迫下丙二醛(MDA)含量,提高了茶树叶片中脯氨酸和叶绿素含量。外源海藻糖处理也提高了茶树可溶性糖的含量,同时2.5、5、10 mmol/L外源海藻糖显著增加了叶片中海藻糖含量,这表明海藻糖处理提高了茶树叶片糖含量。外源海藻糖对高温胁迫下茶树起到了缓解作用,且效果趋势为5mmol/L>2.5 mmol/L>10 mmol/L海藻糖。2.外源海藻糖对高温胁迫下茶树的转录组学分析外源海藻糖对茶树生长形态与生理影响的结果显示,5 mmol/L海藻糖对高温胁迫24 h后的茶苗具有良好的缓解作用。因此,选取清水喷施高温胁迫0 h的茶苗(CK)、清水喷施高温胁迫24 h茶苗(T)和5 mmol/L海藻糖喷施高温胁迫24 h茶苗(TT)的叶片样本进行转录组学测序,以探究海藻糖对高温胁迫下茶树的转录调控机制。结果显示,与对照组CK相比,T和TT组中显著上调表达基因数分别为527和470,显著下调基因数分别为1877和2793;TT vs.T对比组中,显著上调表达基因数为508,显著下调表达基因数为109。其中外源海藻糖与CK样品对比,共有301个基因不仅响应高温胁迫,还响应外源Tre信号。KEGG分析结果表明,显著差异基因主要在MAPK信号通路、植物激素信号转导、苯丙素生物合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成、半乳糖代谢等途径富集。对于上述KEGGBAY 73-4506抑制剂富集通路进行深入分析发现:Cs GOLS2、Cs RFS5、Cs PP2C、Cs PYR/PYL、Cs HCT、Cs CYP75A在TT样本中显著上调表Puromycin临床试验达,提示外源海藻糖在诱导糖代谢、植物激素信号、类黄酮生物合成参与高温胁迫中发挥着重要作用。此外与热胁迫相关的热激转录因子Cs HSFB2B和热激蛋白Cs HSP26.5和Cs HSP18.1在TT样本中表达量显著上调。3.外源海藻糖对高温胁迫下茶树的代谢调控分析通过GC-MS和LC-MS非靶向代谢组测序技术对铁观音茶苗CK、T、TT样本的代谢变化情况进行分析,结果显示在三个比较组(T vs.CK、TT vs.CK和TT vs.T)中GC-MS数据库分别鉴定94、95和101个DEM,主要为有机氧化合物(29.47%)、碳水化合物及其衍生物(13.79%)、脂肪酸类(9.72%),LC-MS数据库分别鉴定了1117、956和1179个DEM,主要为孕烯醇酮酯类(10.26%)、有机氧化合物(9.67%)、脂肪酸类(8.91%)、多酮类化合物(6.74%)、碳水化合物及其衍生物(6.11%)。对三组比较组genetic code差异代谢物进行KEGG富集分析,GC-MS中共显著富集了6条代谢通路,LC-MS中共显著富集了9条代谢通路。对KEGG深入分析发现,在茶树高温过程中,外源海藻糖引起了氨基酸、糖类和类黄酮类等代谢物的变化以提高茶苗的耐热性。4.外源海藻糖对茶树高温胁迫下转录组和代谢组关联分析将三组比较组中差异基因和差异代谢物共有的KEGG富集通路进行分析发现,ABC转运在T vs.CK中显著富集,丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢以及氰基氨基酸代谢在TT vs.CK中显著富集;半乳糖代谢在TT vs.T中显著富集。进一步对通路差异基因和差异代谢物表达进行分析,发现ABC转运通路的主要调控基因Cs ABCC1,可能引起了氨基酸和糖类代谢物的积累并参与高温胁迫响应;L-谷氨酸和L-谷氨酰胺积累可能与Cs ASNA、Cs GLT1、Cs GS基因表达上调有关。此外,水苏糖代谢物含量上调可能是受到Cs GOLS、Cs RFS5表达上调的影响。