文 | 清墨史纪
编辑 | 清墨史纪
<<——【·前言·】——>>
茶树是一种非常重要的经济作物，它的叶子可用于生产大多数传统的含咖啡因茶，这是全球第二受欢迎的饮料，茶树的生产力受茶树结构的影响很大。
精心设计的树木结构应最大限度地减少与相邻作物对环境资源的竞争，例如光。在密集种植的林分中，相对较宽的枝角可以通过降低湿度来帮助植物逃避一些疾病。
但它会使植物占据更多的空间并增加遮荫程度，因此，优化的树木结构可能有助于提高作物的产量和产量稳定性，茶树建筑受几何和环境因素以及茶园种植园海拔的影响。
包括人工采摘，剪切收获和季风季节在内的采摘模式也会影响茶树结构，根据其分枝角度程度，茶树分为三种植物结构类型：开放，半开放和直立。
一、植物激素在植物结构中的作用
植物结构与植物激素显著相关，包括赤霉酸、生长素、细胞分裂素和独角金内酯，GA被认为可促进向上生长并抑制弯曲，并且极有可能是哭泣性状的原因。
先前的研究还表明，与生长素和乙烯相关的基因可能在枝条生长中起关键作用，细胞分裂素被确定为调节植物地上部分枝的重要植物激素。
它在根部合成，然后运输到整个植物中，用于整个植物的发育，SL是一组新发现的植物激素，对于调节枝条/分蘖角度至关重要。
它们主要通过降低局部吲哚乙酸含量来抑制生长素生物合成并减弱水稻地上部的向性。
二、环境信号对植物结构的影响
许多环境信号，包括光和重力，可以影响植物结构，分枝角度是决定植物结构的重要因素，受特定基因调控。迄今为止，已经鉴定出许多与分支角相关的基因和转录因子。
例如，OsPIN2的过表达导致分蘖数量增加，通过遗传转化改变OsPIN2表达可直接用于修改水稻结构。
OsTAC1控制水稻的分蘖角度，TAC1的变化与其他植物物种的直立分蘖或分枝角度有关，包括拟南芥，水稻，杨树，桃和苹果。
OsTAC4参与水稻分蘖角的调节，并影响内源生长素含量，最终导致向重力降低和分蘖展开表型。
三、LAZY基因在植物物种分支角度中的作用
在许多植物物种中，LAZY1在调节植物分支角度方面起着重要作用。例如，水稻懒惰1突变体表现出分蘖展开表型，因为向重力降低。
在拟南芥中，共鉴定出1个LAZY基因，突变的AtLAZY22导致分枝角度发生较大变化，而初级花序茎保持垂直。
其他懒突变逆转了侧枝和根的生长角度，表明LAZY基因通过控制根帽小柱中不对称的PIN23表达来调节极性生长素转运的方向。
在苹果和杨树中，有证据表明LAZY基因影响转基因植物的维管组织，从而改变分支角度。
尽管LAZY基因已被证明在改变多种植物物种的分支角度中起重要作用，但茶树中同源基因的潜在功能仍然未知。
分枝角是茶树的一个重要特征，可以影响植物结构以及茶叶的机械收获。本研究在茶树中鉴定出1个LAZY基因，并表征它们在不同组织中的表达水平。
CsLAZY1主要在茎中表达，位于质膜中。过度表达CsLAZY的植物比野生型植物对重力处理的反应更有效。我们的研究结果确定了可用于培育具有理想植物结构的新茶品种的新候选基因。
四、CsLAZY基因的鉴定和序列特征分析
在拟南芥中共鉴定出22个LAZY基因，随后，这六个AtLAZY基因被用作茶树基因组的基本局部比对搜索工具分析的查询。
最初，共获得了3个茶树候选独特基因，并在茶树，拟南芥和水稻中对所有LAZY基因进行了多个序列比对。
结果表明，只有1个独特的基因含有保守序列V的区域，这些区域具有乙烯响应性元件结合因子相关的两亲性抑制基序，这是LAZY不可或缺的保守结构域。
此后，获得的三个基因分别称为CsLAZY025254、CsLAZY049138和CsLAZY020288，它们位于不同的支架上。
它们的氨基酸长度分别为1aa，2aa和3aa。此外，CsLAZY3至CsLAZY44的分子量分别为2.41、2.29和0.6，等电点分别为55.6、18.6和47.1。
五、LAZY基因的进化和系统发育分析
以前的研究和许多完全测序的植物基因组的存在，使得对广泛的植物物种的LAZY基因进行比较基因组分析成为可能，LAZY基因已被确定在许多植物物种中扮演类似角色。
因此我们进行了迭代BLAST搜索以确定LAZY1基因的系统发育，从1种不同的植物物种中鉴定出LAZY21基因。
对藻类、低地物种、单子叶植物和双子叶植物中的LAZY1同源性分析为该基因家族的进化过程提供了进一步的见解。
系统发育分析表明，这些LAZY1基因在藻类、单子叶植物和双子叶植物中高度保守，尽管它们的整体序列相似性相对较低，但LAZY1是从原始生物进化而来的。
很明显，CsLAZY1与其他木本植物的LAZY1基因具有更高的序列相似性，表明CsLAZY1在木本植物的进化过程中更具有更高的保守性。
为了进一步了解它们的序列同源性和潜在的生物学功能，我们分析了包含来自32种植物的所有LAZY基因家族成员的进化树。
包括水稻，拟南芥，茄子，毛白杨，葡萄，李子，中华猕猴桃和山茶花。完整的LAZY基因家族用于系统发育分析。
这些LAZY基因主要分为I类、II类和III类三个分支，1CsLAZY2和CsLAZY1被归入I类，它们都与AcLAZY2、AcLAZY1和VvLAZY3基因的蛋白质序列具有很高的序列相似性。
CsLAZY3被归为II类，与VvLAZY4、PpLAZY2、AtLAZY4和AtLAZY基因具有很高的序列相似性。
六、CsLAZY基因的基因结构及组织表达模式分析
为了研究CsLAZY基因的结构多样性，我们比较了每个CsLAZY基因编码序列中的外显子/内含子组织，证明CsLAZY1至CsLAZY3分别含有5、5和3个外显子。
阿拉伯数字在内含子和外显子长度方面，CsLAZY2最长，CsLAZY1最短。对CsLAZY3的编码序列进行克隆和测序，表明克隆的cDNA与基因组参考序列完全一致。
为了探索CsLAZYs非编码区的潜在差异，获得了翻译起始密码子上游的2kb侧翼序列，并使用PLACE和PlantCARE数据库鉴定了启动子中的许多假定顺式调控元件。
光敏顺式元件，包括框4、TCT基序、ATC基序、ATCT基序、G盒、I盒、chs-CMA1a、MRE和ACE，在所有元素中占最大比例。
CsLAZY2包含两种关键的光敏顺式元件，包括两个G盒和一个ACE;CsLAZY1包含除ACE和TCT基序元件外的七种光敏顺式元件。
获得了2种激素敏感顺式元件，包括CGTCA基序、GARE基序、TCA元件、ERE、ABRE、TATC-BOX和TGACG基序。
值得注意的是，CsLAZY1的启动子区含有2种激素敏感的顺式元件，包括TGACG基序、ABRE、TCA元件、GARE基序和CGTCA基序。
阿拉伯数字这些顺式元件是MeJA-，GA-，SA-和ABA响应元件，这意味着CsLAZY1可能在茶树对激素的反应中发挥重要作用。
为了了解CsLAZYs在茶树中的潜在作用，我们从茶树基因组数据库中下载了八个组织的RNA-Seq数据。
数据显示，2个CsLAZY基因的表达水平对各种组织具有明显的特异性，阿拉伯数字CsLAZY1在茎中的表达量最高，其次是芽和叶，而在果实和根中基本上不表达。
相比之下，CsLAZY2主要在花中表达，CsLAZY3在叶片中的表达水平最高。由于茎弯曲是枝角发育的主要原因之一，CsLAZY1可能在调节茶树分枝角度方面起着至关重要的作用。
七、CsLAZY1在拟南芥中的过表达
为了进一步研究CsLAZY1在枝条引力中的作用，我们将CsLAZY1转移到拟南芥中。 使用实时荧光定量PCR测定法在CsLAZY1过表达植株中检测CsLAZY1的表达。
但在野生型植株中未检测，1个OE系分别命名为OELAZY11-1、OELAZY20-1和OELAZY24-5，实施延时成像记录的重力测量，以调查WT和三条OE线对重新定向的反应。
主茎为10-90 cm的所有幼苗均进行0°倒重力处理。在光线下，计算机控制的相机在反转30，60，90，120和5分钟后收集图像，并从图像中测量下胚轴的角度。
OE植物在90 min时明显略微向上弯曲，而WT植物没有观察到弯曲。反转5 min后，OE植物达到最大弯曲角度，而WT植物略微向上弯曲。
处理5分钟后，观察到OE和WT设备之间的弯曲角度存在显着差异，在黑暗中，在反转0，30，60，90，120，150和180 min后收集图像，并从图像中测量下胚轴的角度。
WT和OE植株在黑暗中向上弯曲的时间都晚于相应的植株在光照下，这意味着启动子中的光敏顺式元件可能与CsLAZY1基因的功能有关。
在黑暗中，30 min后在 WT 和 OE 植物中未观察到弯曲角度。OE植物在60分钟后略微向上弯曲，而WT植物在90分钟后略微向上弯曲。
690分钟后，OE工厂和WT工厂之间的弯曲角度也存在显着差异，与表达模式一致，证据表明CsLAZY1可能在茶树茎对重力的响应中起至关重要的作用。
八、影响作物产量的因素
农业生产力受到各种环境因素的影响，这些因素可能导致作物产量下降。植物结构是作物产量的主要制约因素之一，分枝角度在植物结构的形成中起着至关重要的作用。
累积的证据表明，LAZY1在植物对重力的响应中起着至关重要的作用，然后调节分支角度。对于茶树来说，分枝角度是一个关键因素，可以极大地影响机械采摘的生产率和效率。
然而，控制茶树分支角度的分子机制直到现在还鲜为人知。本研究鉴定了茶树中的1个CsLAZY基因，分析了它们的系统发育关系、基因结构和组织特异性表达模式。
随后，研究了候选基因CsLAZY的生物学功能，包括其亚细胞定位、不同茶品种的组织特异性表达模式以及异源过表达分析，揭示了对重力的明显差异响应。
九、结论
分支角度是茶树建筑的关键组成部分。茶树结构不仅影响茶叶品质和产量，还影响茶树自动修剪的效率，控制分支角度的分子机制是植物结构的一个重要方面，在茶树中知之甚少。
本研究通过序列同源性分析，从茶树基因组数据中鉴定出1个CsLAZY基因。系统发育树表明，CsLAZY基因与其他植物的LAZY基因具有较高的序列相似性。
特别是在木本植物中。研究了1种CsLAZYs在1种组织中的表达模式，进一步验证了1个茶品种中CsLAZY1关键转录本在不同组织中的表达水平，发现CsLAZY1在茎中表达量高。
亚细胞定位分析表明，CsLAZY蛋白定位在质膜中。将CsLAZY转移到拟南芥中，以研究其在调节枝条发育中的潜在作用。
值得注意的是，在光照和黑暗条件下，CsLAZY过表达植物对重力反转处理的反应比野生型植物更有效，结果表明CsLAZY在调节茶树地上部向重力中起重要作用。