Integrated single-nucleus transcriptomic and metabolomic insights into bud-to-leaf development and metabolite synthesis in tea plant

生物 代谢组学 代谢物 转录组 植物发育 类黄酮 黄酮醇 代谢组 类黄酮生物合成 植物 代谢途径 拟南芥 次生代谢物 新陈代谢 细胞生长 转录因子 碳水化合物代谢 初级代谢物 核糖核酸 功能基因组学 卷须 生物合成 山茶 RNA序列 糖苷 糖基转移酶 生物化学 基因
作者
Xuecheng Zhao,Xiaoying Xu,Ning Chi,Yiming Liu,Xinxin Zhou,Ji-Qiang Jin,Chun-Lei Ma,Jian‐Qiang Ma,Wei Chen,Ming-Zhe Yao,Liang Chen
出处
期刊:Horticulture research [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): uhaf281-uhaf281 被引量:5
标识
DOI:10.1093/hr/uhaf281
摘要

Abstract The tea plant is an important nonalcoholic beverage crop known for its abundant secondary metabolites, particularly in buds and leaves. However, the coordinated regulation of bud-to-leaf development and metabolism remains poorly understood. Here, we applied single-nucleus RNA sequencing (snRNA-Seq), bulk RNA sequencing (RNA-Seq), and metabolomics to comprehensively profile the developmental trajectory and metabolic characteristics of tea plant buds and leaves. The snRNA-Seq analysis revealed 17 cell clusters and 8 cell types in buds and leaves, respectively. Notably, the proportion of palisade mesophyll (PM) cells increased progressively during development, while proliferating cells (PC) decreased. Interestingly, key enzymes in the flavonoid biosynthetic pathway were specifically localized to PM cells. Metabolomic analyses demonstrated dynamic accumulation patterns of various metabolites, including phytohormones, flavonoids, and amino acids, as the buds transitioned to mature leaves. Using multi-omics profiling, we identified CsmiRNA396b, CsUGT94P1, CsTCP3, and CsTCP14 as critical regulatory components. Enzyme activity assays confirmed that CsUGT94P1 catalyzes the conversion of flavonols into flavonol glycosides in vitro. Furthermore, CsmiRNA396b was found to regulate leaf development by inhibiting CsGRF3 expression, while CsTCP3 and CsTCP14 played antagonistic roles in leaf development and flavonoid biosynthesis. Our findings provide novel insights into the regulatory mechanisms underlying bud-to-leaf development and metabolite production in tea plants.
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