1、茶叶科学 2023，43（2）：183193 Journal of Tea Science www.tea- 收稿日期：2022-12-09 修订日期：2023-03-02 基金项目：国家自然科学基金（31870681）、江苏省政策引导类计划（SZ-LYG202126）、江苏高校优势学科建设项目（PAPD）作者简介：胡志航，男，博士研究生，主要从事茶树遗传育种与分子生物学研究。*通信作者： 茶树捕光色素蛋白复合体基因 CsLhcb2 的鉴定及 低温响应分析 胡志航1，秦志远1，李静文1，杨妮1，陈益1，李彤2，庄静1*1.南京农业大学园艺学院，茶叶科学研究所，农业农村部华东地区园艺作物生物学与
2、种质创制重点实验室，江苏 南京 210095；2.南京农业大学，作物遗传与种质创新利用全国重点实验室，江苏 南京 210095 摘要：茶树是我国重要的经济作物之一，其生长和发育过程中会遭受不同逆境影响，导致茶叶产量和品质下降。捕光色素蛋白复合体（Light-harvesting chlorophyll-protein complex）主要影响植物光合效率，在植物适应环境胁迫方面也发挥着重要作用。为研究茶树捕光色素蛋白复合体的特性，从龙井 43 克隆获得编码捕光色素蛋白复合体基因 CsLhcb2，分析该基因编码蛋白序列特征、进化树、理化性质、亚细胞定位、二级结构、三级结构及其在 4 低温处理的表
3、达情况。结果表明，CsLhcb2 开放阅读框为 798 bp，共编码 265 个氨基酸；该基因含有典型的 Chloroa-b-bind 保守结构域；与 15 种植物的 LHCB2 氨基酸序列进行多重比对，氨基酸序列的相似度达 91.32%。进化树分析显示，CsLHCB2 与曼陀罗、东南景天、葡萄亲缘关系较近，与麻竹和毛竹亲缘关系较远。CsLHCB2 分子量为 28 662.77，理论等电点为 5.69，属于亲水性蛋白；亚细胞定位预测结果显示 CsLHCB2主要定位在叶绿体中。荧光定量结果显示，CsLhcb2 可能参与茶树低温胁迫的过程。常温处理条件下，一个光周期（24 h）内 CsLhcb2
4、的相对表达量呈现先上升，后下降趋势，龙井 43 和舒茶早在光照处理 1 h 达峰值，白叶 1 号在光照处理 6 h 达峰值；4 低温条件下，3 个茶树品种中 CsLhcb2 的表达均在光照处理 12 h 达到峰值，舒茶早中 CsLhcb2 表达量较高，分别为龙井 43 和白叶 1 号的 1.18 倍和 1.98 倍。研究结果为进一步研究茶树捕光色素蛋白复合体在茶树低温响应中的作用提供了参考。关键词：茶树；捕光色素蛋白复合体；低温胁迫；表达分析中图分类号：S571.1；Q786 文献标识码：A 文章编号：1000-369X(2023)02-183-11 Identification of the
5、 Light-harvesting Chlorophyll-protein Complex Gene CsLhcb2 and Its Response to Low Temperature in Tea Plants HU Zhihang1,QIN Zhiyuan1,LI Jingwen1,YANG Ni1,CHEN Yi1,LI Tong2,ZHUANG Jing1*1.Ministry of Agriculture and Rural Affairs Key Laboratory of Biology and Germplasm Enhancement of Horticultural C
6、rops in East China,Tea Research Institute,College of Horticulture,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2.National Key Laboratory of Crop Genetics&Germplasm Enhancement and Utilization,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China Abstract:Tea is one of the important cash crop
7、in China.Its growth and development will be affected by different adversity,leading to the decline of tea quality and yield.Light-harvesting chlorophyll-protein complex mainly affects the photosynthetic efficiency of plants,and also plays important roles in adaptation to environmental stresses.In DO
8、I:10.13305/ki.jts.2023.02.007184 茶 叶 科 学 43 卷 order to study the characteristics of the light-harvesting chlorophyll-protein complex in tea plants,the gene CsLhcb2 encoding the light-harvesting protein complex was cloned from tea cultivar Longjing 43,and the sequence characteristics,phylogenetic tre
9、e,physical and chemical properties,subcellular localization,secondary structure,tertiary structure and its expression profiles under low temperature treatment were analyzed.The results show that the open reading frame of CsLhcb2 gene is 798 bp,encoding 265 amino acids.This gene contains a typical of
10、 Chloroa-b-bind conservation domain.The similarity of CsLHCB2 amino acid sequence with 15 plant species was 91.32%.Phylogenetic tree analysis shows that the CsLHCB2 protein of tea plant was closely related to Datura stramonium,Sedum alfredii and Vitis vinifera,and far from Dendrocalamus latiflorus a
11、nd Phyllostachys edulis.The relative molecular weight of CsLHCB2 protein is 28 662.77 and the theoretical isoelectric point is 5.69,which belongs to hydrophilic protein.Subcellular localization prediction results show that CsLHCB2 protein is mainly located in chloroplasts.Quantitative RT-PCR results
12、 show that CsLhcb2 gene may participate in the process of low temperature stress in tea plants.Under normal temperature treatment,the relative expression level of CsLhcb2 gene showed a trend of increasing first and then decreasing within a photoperiod(24 h).Longjing 43 and Shuchazao reached their pe
13、ak value at 1 h after light treatment,and Baiyeyihao reached their peak value at 6 h after light treatment.Under low temperature of 4 treatment,the expression of Lhcb2 of the three tea cultivars all reached the peak at 12 h of light treatment,among which the expression level of CsLhcb2 in Shuchazao
14、was the highest,which was 1.18 and 1.98 times higher than that of Longjing 43 and Baiyeyihao,respectively.The results provided a reference for further research on the role of light-harvesting chlorophyll-protein complex response to low temperature in tea plants.Keywords:Camellia sinensis,light-harve
15、sting chlorophyll-protein complex,low temperature stress,expression analysis 茶树Camellia sinensis(L.)O.Kuntze是山茶科（Theaceae）山茶属（Camellia）中一种常绿木本植物，是我国重要的经济作物之一。光合作用的利用效率是影响茶树生长发育的重要因子，低温胁迫会影响茶树植株的光合作用和叶绿素生物合成，从而影响植株的正常生长和发育1-2。茶树对低温较为敏感，低温胁迫对茶树光合作用有明显的影响3。光捕获是植物光合作用的重要过程，捕光色素蛋白复合体（Light-harvesting chl
16、orophyll-protein complex，LHC）作为高等植物的重要色素蛋白复合体，能够捕获光能并将能量迅速传至反应中心4。捕光色素蛋白复合体有两个不同的光能转化系统，分别是光系统捕光色素蛋白复合体（LHC）和光系统捕光色素蛋白复合体（LHC）。LHC由高度保守的Lhcb 亚型组成，所有绿色生物都含有大量的Lhcb 基因5。在高等植物中，LHC和 LHC分别由 6 个基因编码。LHC的 6 个基因分别被命名为 LHCb（Lhcb1、Lhcb2、Lhcb3）、LHCa（Lhcb4，又称 CP29）、LHCc（Lhcb5，又称 CP26）和 LHCd（Lhcb6，又称 CP24）6。目前，Lhcb2 基因已在水稻7、番茄8、东南景天9等植物中被克隆出来。所有含叶绿体的绿色植物都需要进行光合作用，Lhcb1 和 Lhcb2 在光合作用的收集和转化中具有独特的作用10。当缺少 Lhcb1 和Lhcb2 时，会导致拟南芥叶绿素含量下降，叶片颜色呈现淡绿色11。LHCB 家族的成员在植物适应环境胁迫方面发挥着重要作用。LHCB成员的下调降低了植物对环境胁迫的耐受性，降低种子产量12。Xu