茶树CsMPC基因家族鉴定及胁迫表达分析

Identification of the CsMPC gene family and analysis of expression under stress in tea plants

摘要

目的 探究线粒体内膜的丙酮酸转运体（MPC）基因家族在茶树生长发育及胁迫响应中的功能。 方法 在全基因组范围内鉴定了5个茶树品种的CsMPC基因家族，并构建了进化树。利用MEGA解析其保守基序特征，采用ProtParam、ProtScale等软件分析CsMPC蛋白的理化性质，使用TMHMM、Robetta预测CsMPC蛋白的跨膜结构和三级结构。以茶树舒茶早为材料，克隆获得3条CsMPC基因，通过瞬时转化体系结合PRE-PROTEIN在线预测，解析CsMPC蛋白的亚细胞定位。使用TeaAS官网进行可变剪接分析，结合转录组数据探讨CsMPC基因的表达模式。以龙井43为试验材料，在低温、干旱和盐胁迫条件下，通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证了CsMPC基因的表达响应。 结果 鉴定出3个茶树CsMPCs基因家族成员，其分别属于MPC1、MPC2和MPC3 3个亚群。不同茶树品种CsMPC保守基序及序列相似性存在差异，CsMPC1与CsMPC2和CsMPC3的序列相似性分别最高可达31%和34%。CsMPC编码的蛋白长度为93~131个氨基酸，具有亲/疏水性特点，并在部分茶树品种中具有跨膜结构特征；三级结构预测结果显示，不同品种茶树的CsMPC蛋白在结构上存在显著差异，推测CsMPC蛋白以异二聚体形式发挥转运功能。CsMPC蛋白的线粒体定位进一步支持其作为丙酮酸转运体在细胞代谢中的作用。CsMPC基因受到低温、干旱、盐等胁迫时通过可变剪接类型和组织表达量变化响应胁迫。RT-qPCR结果表明，CsMPC基因的表达模式与转录组数据高度一致。 结论 不同茶树品种具有3个可以调节丙酮酸转运并响应胁迫的CsMPC基因，可用于进一步探究茶树MPC基因的功能和调控机制。

Abstract

Objective This research aims to investigate the functional roles of the mitochondrial pyruvate carrier （MPC） gene family in tea plant growth，development，and stress responses. Method The CsMPC gene family of five tea tree cultivars was identified on a whole-genome scale，and a phylogenetic tree was constructed.ProtParam and ProtScale were used to analyze the physicochemical properties of CsMPC proteins，and MEGA was used to examine their conserved motifs.TMHMM and Robetta were used to predict the transmembrane domains and tertiary structures of CsMPC proteins.Three CsMPC genes were cloned from the ‘Shuchazao’ cultivar，and their subcellular localization was analyzed through a transient transformation system combined with PRE-PROTEIN online prediction.Alternative splicing analysis was performed by using TeaAS，and expression patterns of CsMPC genes were explored based on transcriptomic data.The expression responses of CsMPC genes to low temperature，drought，and salt stresses were validated through quantitative PCR （RT-qPCR） with the ‘Longjing 43’ cultivar as the experimental material. Result Three CsMPC gene family members were identified in tea trees，belonging to three distinct subgroups：MPC1，MPC2 and MPC3.Sequence similarity and conserved motifs of CsMPC genes varied across tea cultivars，with CsMPC1 showing the highest sequence similarity of 31% to CsMPC2 and 34% to CsMPC3.The proteins encoded by CsMPC ranged from 93 to 131 amino acids in length，exhibiting hydrophilic/hydrophobic characteristics and transmembrane features in certain cultivars.Tertiary structure prediction revealed significant structural differences among CsMPC proteins from different cultivars，suggesting that CsMPC proteins function as transporters in the form of heterodimers.Mitochondrial localization of CsMPC proteins further supported their role as pyruvate transporters in cellular metabolism.Under stresses including low temperature，drought，and salinity，CsMPC genes responded via alterations in splicing events and tissue-specific expression levels.Real-time quantitative PCR results confirmed that the expression patterns of CsMPC genes aligned closely with transcriptomic data. Conclusion Three CsMPC genes capable of regulating pyruvate transport and responding to stress were identified in different tea cultivars，offering insights for further exploration of the function and regulatory mechanisms of MPC genes in tea plants.

Graphical abstract

关键词

茶树 / MPC基因家族 / 全基因组鉴定 / 胁迫表达

Key words

tea tree / MPC gene family / whole-genome identification / stress-responsive expression

丙酮酸是细胞代谢中的关键中间产物，有效连接糖类代谢与能量代谢^［1］。在缺氧条件下，丙酮酸可转化为乳酸，而作为糖酵解的最终产物，在有氧条件下丙酮酸能通过氧化脱羧反应生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环（TCA）产生ATP并生成还原力（如NADH）^［2］。此外，丙酮酸可作为甲基赤藓醇磷酸（MEP）途径的起始底物，参与萜类化合物的合成，这些次级代谢产物在植物的生态适应、病虫害防御及与环境的交互中具有重要功能^［3］。

丙酮酸转运是细胞代谢调控的限速步骤。线粒体内膜的丙酮酸转运体（MPC）和钠同向转运蛋白家族2（BASS2），分别负责丙酮酸在细胞质与线粒体之间以及在叶绿体中的跨膜运输^［4-5］。这些转运蛋白的功能直接影响丙酮酸的可用性及其后续代谢途径的活性，从而在细胞的能量代谢和合成代谢中发挥关键作用。近年来，丙酮酸转运体的功能研究在多种物种中取得了重要进展，包括酿酒酵母、果蝇、小鼠及人类等^［6］。例如，酿酒酵母中的MPC家族包含3个成员，分别由YGL080W、YHR162W和YGR243W编码，对应MPC1、MPC2和MPC3蛋白^［7］。在人类中，MPC1和MPC2被认为是关键的丙酮酸转运蛋白，在细胞代谢及能量供应中发挥着重要作用^［8］。在植物中，MPC基因的功能研究亦逐渐深入。拟南芥AtMPC基因的功能缺失与气孔关闭、抗旱性等生理特征的变化密切相关^［9］。在干旱胁迫下，MPC1突变体对脱落酸（ABA）诱导的气孔关闭响应敏感，表明MPC基因在植物的水分调控及抗逆性中具有重要作用。此外，MPC在铬胁迫下的功能也受到关注。研究表明MPC复合物在拟南芥中维持Cd耐受性并防止Cd积累^［10］。这些研究揭示了MPC基因在植物逆境适应中的多重功能。

茶树（Camellia sinensis）作为全球重要的经济作物之一，其生长和品质易受到逆境胁迫（干旱、低温、盐碱以及病虫害等）影响^［11］。近年来，关于茶树抗逆性和代谢关键基因的研究取得了重要进展，但茶树丙酮酸转运机制的研究仍处于起步阶段^［12］。鉴于MPC基因在植物逆境适应中的重要性，本研究通过生物信息学分析手段鉴定了茶树CsMPC基因家族成员，并对其基因结构、理化性质、系统进化关系等进行了系统分析；采用烟草瞬时转化观察CsMPC蛋白的细胞定位特征；结合转录组数据，并利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）探讨了茶树CsMPC基因在不同胁迫下的可变剪接，为茶树抗逆育种提供了新的入口和候选基因。

1 材料与方法

1.1 茶树CsMPC基因家族成员的鉴定

为鉴定茶树CsMPC基因家族，首先从NCBI GenBank数据库下载拟南芥（Arabidopsis thaliana）的MPC基因序列，包括MPC1、MPC2和MPC3的核苷酸序列及其对应的氨基酸序列，作为同源基因序列比对的模板^［13］。随后，从茶树基因组数据库（https：//tpia.teaplants.cn/）中获取了5个茶树品种，包括龙井43（C.sinensiscv.‘Longjing 43’）、舒茶早（C.sinensiscv.‘Shuchazao’）、碧云（C.sinensiscv.‘Biyun’）、黄棪（C.sinensiscv.‘Huangdan’）和云抗10（C.sinensiscv.‘Yunkang 10’）的编码DNA序列（coding DNA sequence，CDS）数据，作为进行MPC基因同源性分析的基础^［14］。利用Bioedit软件对拟南芥MPC蛋白序列与茶树CDS序列进行本地BLAST比对，识别出5个茶树品种中的同源MPC基因序列。以舒茶早的氨基酸序列为模板，利用NCBI的Blastp工具检索不同物种的基因序列，并在Geneious中提取并翻译编码DNA序列（CDS）为蛋白质序列，随后使用MEGA 5.10软件构建了系统进化树，并通过iTOL在线工具（https：//itol.embl.de/upload.cgi）对进化树进行可视化处理，完成了MPC基因家族的鉴定^［15］。

1.2 茶树CsMPC生物信息学分析

茶树CsMPC蛋白保守基序通过MEME（http：//meme-suite.org/tools/meme）分析。在Geneious 9.0.2软件中对5个茶树品种中鉴定的CsMPC基因家族成员进行多序列比对，获得序列相似性数据。随后使用RStudio软件绘制相似性热图，直观展示基因序列的相似性差异。通过ProtParam工具（https：//web.expasy.org/protparam）计算CsMPC的理论等电点（pI）、分子量（Mw）和总平均亲水性（GRAVY）等特征；使用ProtScale（https：//web.expasy.org/protscale）预测CsMPC蛋白的亲/疏水性；跨膜结构预测采用TMHMM Server v2.0（www.cbs.dtu.dk/services/TMHM）进行分析；通过PRE-PROTEIN网站（https：//predictprotein.org/）进行CsMPC亚细胞定位预测；通过Robetta在线网址（https：//robetta.bakerlab.org/）对蛋白质的三级结构进行分析。

1.3 茶树CsMPC基因在胁迫条件下的转录组表达模式分析

从安徽农业大学TPIA网站（https：//tpia.teaplants.cn/）下载茶树转录组数据，分析其在不同组织、叶位以及干旱、低温、冷害、遮阴、盐胁迫、激素（茉莉酸甲酯）胁迫条件下的基因表达情况。基于已鉴定的5个茶树品种MPC基因序列，检索各基因在不同胁迫下的表达量数据，并利用RStudio进行数据处理，绘制热图，直观展示CsMPC基因在不同胁迫条件下的表达模式差异。

1.4 茶树CsMPC蛋白的亚细胞定位及其在非生物胁迫下的表达模式

1.4.1 植物材料及处理方法

选用长势和品质一致的两年生舒茶早和龙井43的扦插苗作为试验材料，用清水洗净茶苗根部泥土，采用营养液将其水培于西北农林科技大学人工气候室内，24 h连续通气，以提供充足的氧气供应。培养温度设定为白天26 ℃/夜晚22 ℃，模拟自然昼夜温差；光周期设置为12 h光照/12 h黑暗，以模拟自然光照条件；空气相对湿度维持在（75±5）%，以创造适宜的湿度环境。每周更换1次营养液，茶苗在水培条件下培养2周后，选取长势一致的个体进行低温、干旱及盐胁迫处理。低温胁迫将培养温度设置为4 ℃，干旱胁迫利用12% PEG（聚乙二醇）溶液模拟，盐胁迫采用200 mmol/L的NaCl溶液处理，每种胁迫处理分别持续0，12和24 h后进行取样。每个处理设置3次生物学重复，所有样品采集后立即液氮速冻，然后保存于-80 ℃备用。

1.4.2 CsMPC基因的克隆及亚细胞定位

参照已经发表的舒茶早茶树基因组数据^［16］，使用软件CE Design V1.04设计基因特异性引物（表1）。提取舒茶早茶树RNA后，使用PrimeSTAR^® Max DNA Polymerase（Code No. R045A）反转录合成cDNA，并以其为模板进行PCR扩增。扩增条件为：94 ℃ 3 min；94 ℃ 30 s，55 ℃ 30 s，72 ℃ 90 s，35个循环；72 ℃延伸7 min。采用Gel Extraction Kit（OMEGA，美国）纯化试剂盒回收PCR产物，然后将其连接至pCAMBIA1300-eGFP-MCS载体上转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，筛选阳性单克隆送至西安擎科生物科技有限公司完成测序。

为了验证该基因在植物细胞中的亚细胞定位，选取自然播种培养至三叶期或四叶期的烟草植株作为试验材料。将构建的p35S：CsMPCs-eGFP融合载体转化至农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）GV3101感受态细胞中，通过瞬时表达技术转化烟草叶片，并利用激光共聚焦显微镜观察注射部位，以确定CsMPC蛋白的亚细胞定位。

1.4.3 RNA提取和RT-qPCR分析

采用CTAB法提取龙井43叶片总RNA，用NanoDrop2000c（Thermo Scientific，美国）超微量分光光度计测定RNA的浓度和质量。按照5×All-In-One RTMasterMix试剂盒（ABM，加拿大）说明书进行cDNA第一链合成，保存于-20 ℃备用。

参照龙井43茶树基因组数据，并设计定量引物（表1），以茶树的18S rRNA基因为内参基因，使用EvaGreen2×qPCR MasterMix-ROX（ABM，加拿大）试剂盒在Bio-Rad IQ5 Real Time PCR System（伯乐，美国）定量仪上完成RT-qPCR分析。反应程序为：95 ℃ 3 min；95 ℃ 30 s，60 ℃ 70 s，40次循环，并进行熔解曲线检测。针对3种胁迫条件下叶片的基因表达水平，每个生物学重复进行3次技术重复，相对表达量使用2^-ΔΔCt方法计算。

1.5 数据分析

所有试验数据均来自3个独立的生物学重复试验，结果以“均值±标准差（mean±SD）”表示。统计学分析采用GraphPad Prism软件进行单因素方差分析，并通过正态分布检验法进行多重比较检验。显著性差异水平设定为P<0.01。

2 结果与分析

2.1 MPC基因家族的三大亚群及其成员划分

为了理清MPC基因家族的进化关系，基于拟南芥、烟草、茶树等不同植物的已知蛋白序列，构建了MPC基因的系统进化树，结果见图1。图1结果表明，MPC基因家族在植物界中广泛分布，可分为3个主要进化分支（Subfamily Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ），分别对应MPC1、MPC2和MPC3亚家族。MPC1在所有研究物种中均存在，而MPC2或MPC3至少存在1种，其中龙井43缺乏MPC3，其他4种茶树均包含MPC1、MPC2和MPC3。MPC1、MPC2和MPC3亚家族内存在多成员现象，如洋蓟（Cynara cardunculus）含3种MPC1，拟南芥含2种MPC2，而5种茶树品种中每个亚家族仅有一个成员，表明其具有高度保守性和分化趋势。进一步分析显示，茶树CsMPC1与番木瓜（Carica papaya）、石榴（Punica granatum）和洋蓟的MPC1亲缘关系最近，CsMPC2与拟南芥和葡萄（Vitis vinifera）的MPC2亲缘关系密切，CsMPC3则与葡萄和石榴的MPC3较为接近。此外，进一步的系统发育分析表明，MPC2和MPC3在进化树上靠得较近，二者在遗传特征上显示出较强的亲缘关系。

2.2 不同茶树品种CsMPC保守基序及序列相似性的差异

基于5个代表性茶树品种（舒茶早、碧云、龙井43、黄棪和云抗10号）的蛋白序列，进行了CsMPC基因家族的保守基序和序列相似性的分析，结果见图2。图2结果显示，Motif 1和Motif 2在除ykMPC3之外的所有CsMPCs中均存在。Motif 3在ykMPC1、byMPC1、ykMPC2和byMPC3中缺失，而在其余CsMPCs中均存在。Motif 4未出现在所有CsMPC1亚家族成员以及ykMPC3和ykMPC2中，但在CsMPC2和CsMPC3亚家族中普遍存在。Motif 5仅限于CsMPC1亚家族中。Motif 6、Motif 7、Motif 8和Motif 10则仅出现在ykMPC2和ykMPC3中，而Motif 9仅存在于ykMPC1和ykMPC3中。通过序列相似性分析对不同茶树品种间的CsMPC蛋白序列进行了比对。结果表明，不同茶树品种的MPC1蛋白序列相似性范围较窄，为92%~100%；MPC2蛋白序列相似性则更为一致，为99%~100%；MPC3蛋白序列相似性则表现出较大波动，在30%~100%，这可能与云抗10号的蛋白序列差异有关。此外在不同亚型基因的序列相似性比较中，MPC1与MPC2的蛋白序列相似性最高为31%；MPC1与MPC3的蛋白序列相似性最高为34%；MPC2与MPC3的蛋白序列相似性最高为76%。这表明MPC在不同分支间存在一定的序列差异，但各基因之间的相似性仍然较高。

2.3 不同茶树品种CsMPC编码蛋白的理化性质

由表2可以看出，CsMPC编码氨基酸的序列长度差异显著，为291~1 233 bp；编码蛋白平均长度为108个氨基酸，其中最长的基因CSA011675.1编码131个氨基酸，而最短的GWHTAMJR024905仅编码93个氨基酸。CsMPCs蛋白的分子量为10.487~14.854 ku，平均分子量为11.359 ku；等电点的平均值为10.14，最低为9.72（CSA0136-44.1），最高为10.68（GWHTAMJR024905）。这些结果表明，CsMPC家族成员的理化性质差异不大。CsMPC蛋白的跨膜结构预测结果显示，云抗10号和碧云的CsMPC1蛋白均含有一个跨膜结构域，表明其具有明显的跨膜结构特征；相比之下，CsMPC2和CsMPC3未能显示出跨膜结构的特征：提示CsMPC基因家族的不同成员在结构上可能具有不同的功能特性。此外，CsMPC蛋白的亲水性为-0.067~0.322，且所有成员的跨膜结构域预测均定位在线粒体内膜上，这一特性与其作为通道蛋白的功能相一致^［17］。除云抗10外，其他茶树品种（舒茶早、碧云、龙井43、黄棪）中CsMPC1的亲水性/疏水性特征明显不同于CsMPC2和CsMPC3，且CsMPC2与CsMPC3在亲水性/疏水性上极为相似。这种亲水性/疏水性的差异可能反映了不同品种中的CsMPC蛋白在细胞膜或其他细胞区室中的分布及其潜在的生物学功能^［18］。

2.4 不同茶树品种CsMPC家族蛋白三级结构的差异

三级结构预测结果（图3）表明，舒茶早、黄棪、碧云和龙井43茶树品种的MPC1、MPC2、MPC3蛋白具有相似的结构，而云抗10的MPC蛋白则显著不同。进一步分析显示，CsMPC1与CsMPC2和CsMPC3之间可能存在蛋白互作，形成异聚体。研究表明，MPC蛋白以异二聚体形式发挥转运功能，其中MPC1为其活性不可或缺的亚型^［19］。

2.5 不同胁迫下CsMPC基因的表达模式和可变剪接分析

本研究基于转录组数据系统解析了CsMPC基因家族在不同胁迫条件下的表达模式。图4-A、B显示，在植物组织和叶位间CsMPC基因的表达存在显著差异。byMPC3在成熟叶中表达量最高，而sczMPC3、hdMPC3、ykMPC3和sczMPC1在老叶中高度表达，表明其可能在叶片衰老和成熟过程中参与代谢调控。此外，CsMPC家族成员在花中的表达水平普遍高于其他组织，提示其在花期代谢或发育过程中发挥重要作用。byMPC1、sczMPC1和ljMPC1在1叶位的表达显著高于其他叶位，而hdMPC3、sczMPC3和ykMPC3在4叶位的表达水平较高，表明不同叶位对CsMPC基因的表达调控存在差异。其他家族成员在芽中高表达，提示芽部可能是其主要活跃区域。综上所述，MPC基因不同亚型呈现相似的组织表达模式，其中MPC1和MPC2在幼嫩组织中高表达，并随叶片成熟而逐渐下降，而MPC3在成熟叶片中的表达水平较高，说明CsMPC基因家族在茶树生长发育中具有潜在功能，可用于后续基因功能验证及代谢调控机制研究。

图4-C~H结果表明，大多数CsMPC家族成员对低温、干旱和盐胁迫表现出显著响应。在低温条件下，8个CsMPC基因的表达显著上调，而其他 6个基因呈下调趋势，表明不同CsMPC基因对低温胁迫的响应存在差异。在冷害胁迫下，CsMPC1普遍上调，而CsMPC2和CsMPC3的表达则表现出品种特异性，其中部分基因下调。在干旱和盐胁迫下，CsMPC1和CsMPC2一般表现上调，而干旱处理中CsMPC3表现下调。此外，CsMPC3在盐胁迫下的表达趋势因品种而异，除ykMPC3和sczMPC3外，其余品种均呈下调趋势。在遮阴和MeJA处理条件下，CsMPC基因表达随处理时间延长普遍上调，尤其是CsMPC1、CsMPC2和CsMPC3在大多数品种中随处理时间的增加而进一步增强，表明CsMPC基因可能在植物光照适应及激素调控过程中发挥重要作用。

为了进一步了解茶树CsMPC基因在不同胁迫条件下的功能调控，基于5种茶树品种的染色体级基因组数据，在TeaAS官网对CsMPC基因的可变剪接情况进行分析。结果（表3）显示，舒茶早CsMPC基因在多种生物和非生物胁迫下均发生可变剪接，不同胁迫诱导的剪接形式存在差异，且CsMPC基因的表达水平亦呈现显著变化。根据剪接位点的选择，主要存在选择性5'剪接位点和其他两种剪接类型。这些剪接事件可能作为茶树胁迫应答机制的一部分，推测CsMPC基因通过调控可变剪接来适应不同胁迫环境，发挥其调控功能。

2.6 CsMPC基因的线粒体定位及其对胁迫的响应

以舒茶早为例，通过构建p35S：CsMPCs-eGFP融合表达载体，并以带mCherry的线粒体标记蛋白为对照，采用农杆菌（GV3101）瞬时表达法在烟草叶片中进行转化。激光共聚焦显微镜观察结果见图5。

图5结果表明，CsMPC蛋白定位于线粒体膜上，与在线工具预测的定位结果相一致，进一步证实CsMPC作为转运体具有的空间定位。

为确定CsMPC基因在非生物胁迫下的响应机制，以龙井43为材料，通过RT-qPCR分析了CsMPC基因在低温（4 ℃）、干旱及盐胁迫下的表达情况，结果（图6）表明，CsMPC基因表达模式与转录组数据基本一致。在盐胁迫条件下，随处理时间延长（12和24 h），ljMPC1和ljMPC2表达量呈现先下降后上升趋势；与0 h对照相比，12 h处理时表达量显著下调，而在24 h处理时表达量出现明显回升。干旱胁迫处理24 h后，ljMPC1和lj43MPC2基因的表达量较0 h对照显著上调。在低温胁迫条件下，ljMPC1和ljMPC2基因的表达模式与盐胁迫相似，即在处理初期（12 h）表达量下降，而在处理后期（24 h）出现显著提高，提示CsMPC基因可能通过差异化的表达调控参与茶树对多种非生物胁迫的响应过程。

3 讨论

MPC基因家族广泛存在于不同植物中，展现出高度的保守性与特异性。本研究中，茶树的CsMPC基因可分为3个亚家族，分别对应MPC1、MPC2和MPC3，这与拟南芥^［20］、酵母^［21］和水稻的MPC家族成员的研究结果一致。MEME分析显示，Motif 1和Motif 2高度保守，其识别可揭示基因家族成员间保守的功能域，为研究基因家族功能演化及结构-功能关系提供重要依据。特异性Motif，如Motif 5和Motif 9可能在蛋白功能发挥上起重要作用^［22］。蛋白序列分析表明，MPC1和MPC2相似性较低，功能分化显著，而MPC2和MPC3相似性较高，可能存在协同作用^［23］。此外，不同品种间MPC3相似性差异显著，其中云抗10尤为独特，这种差异可能由自然选择和生态适应驱动^［24］，为植物进化与适应性研究提供了新见解。茶树CsMPC蛋白的长度（93~131个氨基酸）和分子量（10.487~14.854 ku）与拟南芥和大豆等植物的MPC蛋白相似，显示其分子水平的保守性^［25］。CsMPC蛋白的平均等电点为10.14，呈碱性，表明其在生理pH值（7.4）下带正电，这可能影响其构象稳定性、分子相互作用及功能活性^［26］。CsMPC1普遍含有跨膜结构域，符合MPC家族作为线粒体丙酮酸转运蛋白的功能特性，这一特性同样见于哺乳动物细胞中^［27］。茶树中CsMPC1的亲/疏水性特征明显区别于CsMPC2和CsMPC3，与线粒体丙酮酸载体的蛋白-蛋白互作及功能研究相似，提示其在膜蛋白功能和分布中的差异^［28］。此外，云抗10 CsMPC1的跨膜结构和亲水性/疏水性特征异于其他品种，可能反映其遗传背景对特殊环境的适应性^［29-30］。三级结构预测表明，CsMPC成员可能通过互作形成异聚体，类似于其他植物中MPC1和MPC2异二聚体作为丙酮酸转运核心的功能^［31-32］。

非生物胁迫严重限制作物产量^［33］。茶树作为重要的经济作物同样受到多种胁迫影响。本研究结果表明，CsMPC基因在不同组织中呈现特异性表达模式，尤其在花中高表达，这与水稻OsCOL10在开花时间调控中的作用类似^［34］，提示MPC基因可能参与植物发育调控。此外，CsMPC1和CsMPC2在幼嫩组织中高表达，并随叶片成熟逐渐下降，该趋势与拟南芥叶片发育过程中MPC基因的表达模式^［35］相一致。在非生物胁迫响应方面，CsMPC基因对低温、干旱和盐胁迫表现出显著调控作用。在低温胁迫下，CsMPC基因显著上调，其表达模式与水稻低温响应基因^［36］相似，表明其可能参与植物低温胁迫响应机制。此外，CsMPC基因的表达呈现品种特异性，这一现象与高粱和水稻中某些基因在不同环境条件下的差异性调控^［37］相一致。CsMPC3在干旱处理下显著下调，与水稻中部分干旱响应基因的调控趋势^［38］相符，可能涉及细胞代谢调节、生物合成及水分调控等适应性机制。进一步以龙井43为材料的RT-qPCR验证结果表明，随胁迫时间延长，ljMPC1和ljMPC2在低温、干旱及盐胁迫下均上调；而ljMPC2在低温胁迫下的表达模式表现出显著特异性，其在转录组数据中呈现下调趋势，与RT-qPCR结果存在差异。这种表达调控的复杂性可能反映出ljMPC2在不同胁迫条件下的功能分化，提示其可能通过胁迫类型特异性的调控机制参与茶树的逆境适应过程。此外，在遮荫和MeJA处理下CsMPC基因表达上调，并随处理时间延长在多数品种中的表达进一步增强，这一趋势与龙眼（Dimocarpus longan）中某些非生物胁迫响应基因的表达模式^［39］相似。

在舒茶早品种中，不同胁迫条件下CsMPC基因发生可变剪接，可能生成多种蛋白质变体，从而增强茶树的逆境适应能力。类似的剪接现象在水稻中亦有报道^［40-41］，表明其在逆境胁迫响应中的重要作用。然而，茶树CsMPC基因的可变剪接形式具有独特性，不同胁迫条件下的剪接事件表现出显著差异，这可能与茶树特有的抗逆机制和生态适应性相关。此外，相较于其他物种，茶树可能经历了特定的基因组重排或插入/缺失事件，从而形成独特的剪接模式^［42］。定位分析表明，CsMPC蛋白主要分布于线粒体内，这与拟南芥AtMPC1的亚细胞定位一致。AtMPC1已被证实定位于线粒体，并参与丙酮酸转运，在初级代谢调控中发挥关键作用^［43］。同样，水稻MPC蛋白亦定位于线粒体，进一步表明丙酮酸跨膜转运在植物能量代谢及胁迫响应中的重要性。

4 结 论

本研究系统鉴定了茶树中3个CsMPC基因家族成员，其分别归属于3个不同亚群，其中MPC1在所有物种中普遍存在，而MPC2或MPC3至少存在一种，展现出较高的保守性与多样性。这些成员在保守基序上存在显著差异，不同品种的CsMPC蛋白在结构上存在差异，推测CsMPC蛋白以异二聚体形式发挥功能，为初步了解茶树CsMPC基因家族奠定基础，基于结构和序列变化，结合转录组数据和RT-qPCR验证结果表明，CsMPC基因家族成员在非生物胁迫条件下呈现差异表达模式。此外，舒茶早定位于线粒体的CsMPC基因通过可变剪接响应环境胁迫。本研究可为进一步探究茶树MPC基因的功能和调控机制提供参考依据。

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基金资助

西藏自治区科技厅重点研发计划项目(XZ202401ZY0019)