[浙江省农科院]茶叶所揭示茶树甲基酯酶CsMES4协同活化三大防御激素新机制——JAFC发表
茶树抗病机制研究取得重要进展，为分子育种提供新基因资源，但时效性较低。
浙江省农科院蚕桑与茶叶研究所李达助理研究员为第一作者、李清声副研究员为通讯作者的论文《Journal of Agricultural and Food Chemistry》(JAFC)发表。研究系统鉴定茶树MES基因家族,功能验证CsMES4作为连接甲基化激素前体与活性防御信号的核心枢纽,可协同激活SA、IAA和JA三大防御激素;CsMES4沉默显著降低三种激素积累并导致炭疽病病斑面积显著扩大,正向调控茶树对炭疽病的抗性,为茶树抗病分子设计育种提供高价值候选基因资源。
茶树（Camellia sinensis）作为全球重要的多年生经济作物，其生产常受炭疽病等真菌病害的严重威胁。植物激素信号网络是介导茶树抵御病原侵染的核心机制，其中水杨酸（SA）、生长素（IAA）和茉莉酸（JA）在防御响应中发挥关键作用。然而，这些激素常以无活性的甲基化形式（如MeSA、MeIAA、MeJA）储存，其向活性形式的转化依赖于特定的甲基酯酶（Methyl Esterase, MES）催化。近期，浙江省农业科学院茶树种质创新与利用团队在国际权威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry (JAFC)》（农林科学一区TOP期刊）发表题为“Functional Characterization of the Methyl Esterase MES4 in Hydrolytic Activity of Methylated Phytohormones in Tea Plants Based on Multi-Omics Analysis”的研究论文，系统解析了茶树MES基因家族的功能，并首次鉴定了一个具有三重底物特异性的关键酶——CsMES4。
研究团队基于茶树致病菌Colletotrichum camelliae侵染茶树叶的转录组与植物激素代谢组联合分析，筛选出与激素动态变化高度相关的候选基因。通过全基因组鉴定，共获得17个CsMES成员。其中，CsMES4在病原侵染后显著上调表达，且亚细胞定位显示其定位于细胞核与细胞膜，提示其可能参与信号感知与转导。后续通过原核表达、蛋白纯化及体外酶活测定，研究证实CsMES4能高效催化MeSA、MeIAA和MeJA的去甲基化反应，分别生成活性形式的SA、IAA和JA。为进一步验证其生物学功能，研究采用反义寡核苷酸（asODN）技术在茶树叶片中实现CsMES4的瞬时沉默。结果表明，CsMES4沉默显著降低了叶片中SA、IAA和JA的积累水平，并导致炭疽病病斑面积显著扩大，直接证明CsMES4正向调控茶树对炭疽病的抗性。为阐明CsMES4多功能催化的结构基础，研究团队构建了其三维结构模型，并结合分子对接预测潜在底物结合位点。随后，针对非保守但邻近活性中心的氨基酸残基（F60、S127、L128）进行定点突变。功能分析显示：F60L突变显著削弱了酶对三种底物的催化活性；S127Y突变则增强了其催化效率。上述结果不仅明确了CsMES4催化功能的关键决定位点，也为理解其广谱底物特异性的分子基础提供了结构依据。
本研究系统鉴定了茶树MES基因家族，并功能验证了CsMES4作为连接甲基化激素前体与活性防御信号的核心枢纽。该成果不仅深化了对茶树激素代谢与免疫调控网络的认识，也为茶树抗病分子设计育种提供了高价值的候选基因资源。未来通过遗传改良提升CsMES4的表达或活性，有望培育出对炭疽病等主要病害具有持久抗性的新种质，助力绿色、可持续茶产业发展。
本研究由浙江省农业科学院蚕桑与茶叶研究所李达助理研究员为第一作者，浙江农林大学汪瑛琦博士为第二作者，浙江省农业科学院李清声副研究员为通讯作者。工作得到国家自然科学基金项目及浙江省农业茶树新品种选育重大科技专项等项目的资助。