在全球气候变化的背景下，干旱已成为制约农业生产的重要环境因子。茶树作为一种喜湿的多年生经济作物，对水分胁迫极为敏感，干旱不仅会导致茶叶产量下降14%-33%，还可能引发植株死亡（死亡率达6%-19%）。尽管茶树自身通过活性氧清除、渗透调节、激素调控等生理机制以及启动干旱响应基因、miRNA、蛋白质等分子响应来应对干旱，但面对日益频发的骤旱事件，传统抗旱策略仍显不足。因此，探索新型、高效、环境友好的抗旱调控物质，并阐明其作用机制，对茶产业可持续发展具有重要意义。
近年来，植物挥发性有机化合物在抗逆调控中的功能备受关注。绿原叶挥发性物质是植物在遭受生物或非生物胁迫时快速释放的一类挥发性信号分子，不仅能在植株间传递“危险信号”，还能直接激活植物的防御途径。其中，Z-3-己烯乙酸酯作为GLV生物合成途径的下游产物，已被证实在小麦抗赤霉病、玉米耐冷性、花生耐盐性中发挥积极作用。然而，这种天然的“植物语言”是否能帮助茶树抵御干旱？其背后的分子机制又如何？这成为了一个待解的科学谜题。为此，山东省农业科学院茶叶研究所的研究团队在《Scientia Horticulturae》上发表了最新研究成果，系统揭示了Z-3-HAC提升茶树抗旱性的生理与分子机制。
为开展此项研究，研究人员运用了多项关键技术。他们以抗旱性较强的茶树品种‘中茶108’为材料，通过人工气候室精准控制，设置了正常供水、轻度干旱、重度干旱、Z-3-HAC预处理干旱及复水等多组处理。研究核心采用了牛津纳米孔技术长读长转录组测序，构建了18个cDNA文库，获得了高质量的全长转录本，并进行了新转录本鉴定与功能注释。通过生物信息学分析，进行了差异表达基因筛选、K-means聚类、GO与KEGG富集分析。此外，利用加权基因共表达网络分析挖掘了与处理性状相关的关键模块与枢纽基因。研究还结合了生理指标测定（叶片相对含水量、叶绿素、可溶性糖、丙二醛、木质素含量）以及定量实时荧光PCR对关键基因表达进行了验证。
3.1. Z-3-HAC对干旱胁迫下‘中茶108’表型及生理变化的影响
研究表明，干旱导致茶树幼苗叶片逐渐萎蔫、卷曲，而Z-3-HAC处理显著缓解了这些形态损伤。生理指标显示，Z-3-HAC处理在一定程度上维持了较高的叶片相对含水量，并显著抑制了干旱诱导的可溶性糖和MDA的过度积累，说明Z-3-HAC能够减轻渗透胁迫和膜脂过氧化损伤。
3.2. 测序ONT文库的特征
通过对6个处理组（各3个生物学重复）进行ONT测序，获得了超过380万条高质量全长序列，与参考基因组比对率超过96%，为下游转录组分析提供了可靠数据基础。
3.3. 新转录本的检测与功能注释
研究共发现了8053个新基因位点和56099条新转录本，其中多数能在NR、GO、KEGG等数据库中得到注释。GO分析显示，新转录本富集于“结合”、“催化活性”、“代谢过程”等类别；KEGG分析则富集于“植物-病原互作”、“植物激素信号转导”、“碳代谢”等通路。
3.4. 转录因子、蛋白激酶及WGCNA分析
共鉴定出属于220个家族的7828个转录因子和蛋白激酶转录本，其中RLK-Pelle_DLSV、bHLH、AP2/ERF-ERF、C2H2和MYB-related家族最为丰富。WGCNA分析鉴定出6个基因共表达模块，其中与Z-3-HAC处理高度正相关的MEblue模块基因富集于“植物-病原互作”、“植物激素信号转导”和“MAPK信号通路-植物”等通路，其枢纽基因evm.TU.Cha07g001700编码一个乙烯响应转录因子。
3.5. Z-3-HAC对干旱胁迫下茶树幼苗基因表达谱的影响
通过差异表达分析，共发现7425个受干旱和/或Z-3-HAC显著调控的基因。Z-3-HAC处理在干旱和复水条件下引发了更广泛的基因上调。K-means聚类揭示了基因表达的“M型”和“W型”动态模式，表明Z-3-HAC重塑了干旱诱导的基因表达程序。
3.6. DEGs的基因本体富集和KEGG分类
DEGs在GO项中显著富集于催化活性、结合、代谢过程、响应刺激等。KEGG通路富集分析显示，DEGs广泛富集于“植物-病原互作”、“植物激素信号转导”、“MAPK信号通路-植物”、“内质网中的蛋白质加工”以及“苯丙烷生物合成”等通路。
3.7. 干旱胁迫下由Z-3-HAC调控的苯丙烷生物合成通路调控网络
这是本研究的核心发现之一。在苯丙烷生物合成通路中，共鉴定出89个差异表达的酶编码基因。在Z-3-HAC处理下，4CL、CSE、F5H、COMT、CCoAOMT、CAD等多个基因表达上调，而CCR和多数HCT基因表达被抑制，这种表达模式表明代谢流向S型木质素合成倾斜。其中，F5H仅在Z-3-HAC处理下被特异性显著诱导。通过共表达网络分析和皮尔逊相关性分析，发现AP2/ERF-ERF家族转录因子evm.TU.Cha07g001700与F5H表达呈最强正相关，提示其可能是调控F5H的上游候选调节因子。
3.8. 木质素含量分析
生理测定直接验证了上述分子发现。Z-3-HAC处理干旱的茶树叶片中木质素含量显著高于未处理的干旱叶片，证实了Z-3-HAC确实促进了木质素的生物合成与积累。
3.9. qRT-PCR分析
通过qRT-PCR对选自苯丙烷通路的8个基因进行表达验证，结果与转录组测序数据一致，证明了RNA-seq数据的可靠性。
研究结论与讨论 本研究综合表明，外源施用绿原叶挥发性物质Z-3-己烯乙酸酯能够有效提升茶树的干旱胁迫抗性。其作用机制是一个多层次的协同过程：在生理层面，Z-3-HAC缓解了叶片水分散失，抑制了渗透调节物质过度积累和膜脂过氧化损伤；在分子层面，它引发了广泛的转录组重编程，特别是通过激活一个以AP2/ERF-ERF转录因子（evm.TU.Cha07g001700）为核心的调控模块，特异性上调木质素合成关键基因F5H的表达，从而驱动苯丙烷代谢流向S型木质素合成，最终增强了细胞壁的机械强度和保水能力。这一AP2/ERF–F5H调控轴的发现，将挥发性信号感知与下游的细胞壁加固直接联系起来，为理解GLV介导的抗旱信号转导提供了新的分子框架。
该研究的意义在于，不仅深化了对植物挥发性有机物在非生物胁迫响应中功能的认识，而且将Z-3-HAC确立为一种有潜力的天然抗旱诱抗剂。其所揭示的通过调控木质素合成增强抗旱性的机制，具有在茶树乃至其他作物、观赏植物中应用的普适性前景。尽管Z-3-HAC在实际田间应用中的稳定性和持效性仍需进一步研究，但本研究为开发基于植物自身“化学语言”的绿色、可持续农业抗逆调控策略奠定了重要的理论基础。
