Hortic Res | 安徽农业大学揭示茶树重要香气物质天然呋喃酮糖苷化的分子机制

挥发性香气化合物是衡量茶叶品质的重要指标之一，并直接影响人们的消费行为。4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮（天然呋喃酮；HDMF）具有强烈的焙烤焦糖香味且略带淡的蚕豆花香气息，广泛存在于菠萝、草莓等水果中，也在茶叶焦糖香风味品质形成中发挥着重要作用。HDMF是草莓最重要的香气物质之一，其在草莓中主要以非挥发性的糖苷前体形式存在。长期以来，茶叶中具有焦糖香风味的HDMF一直被认为是美拉德反应的产物，然而茶树中是否天然存在HDMF及其合成机制一直都不清楚。

2020年3月， Horticulture Research 在线发表了 安徽农业大学茶树生物学与资源利用国家重点实验室宋传奎教授团队题为 UGT74AF3 enzymes specifically catalyze the glucosylation of 4-hydroxy-2,5-dimethylfuran-3(2H)-one, an important volatile compound in Camellia sinensis 的研究论文。该研究首次在茶树叶片中鉴定到HDMF糖苷的天然存在 （图1），并解析了其在茶树中合成的分子机制（图2）。

图1 茶树4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮糖苷的鉴定

该研究首先以茶树鲜叶为材料，通过香气底物饲喂，结合LC-MS代谢分析等手段证实了茶树中HDMF的存在，且主要以糖苷前体的形式存在（图1）。随后，作者又在茶树全基因组范围内，结合糖基转移酶（UGTs）各个亚家族特点，最终在茶树298个糖基转移酶基因中筛选到两个可催化合成HDMF糖苷的UGT基因(UGT74AF3a和UGT74AF3b)。UGT74AF3a/b与之前在草莓、葡萄等园艺作物中鉴定到的HDMF UGT属于不同的亚家族。进一步通过大量底物筛选发现，新鉴定到的UGT74AF3a和b均可特异性以HDMF为底物，但他们对糖供体的选择性却存在显著差异。通过序列比对和氨基酸定点突变，作者发现UGT74AF3基因中A456V单氨基酸突变可改变该基因对HDMF的糖基化效率并影响其对糖供体选择性。最后，通过烟草和茶树两种遗传转化体系解析了UGT74AF3在茶树HDMF糖基合成中的生物学功能（图2）。茶树中天然HDMF糖苷的鉴定及其合成途径解析，为茶树风味品质调控及品种选育具有重要理论意义和实践价值。