茶作为世界上最受欢迎的三种无酒精饮料之一,含有大量有益于身体健康的次生代谢产物。在茶树众多的次生代谢产物中,茶氨酸作为一种其特有的非蛋白质氨基酸,是茶叶品质和健康的重要影响因子。迄今为止,只有少数几个茶氨酸生物合成相关基因(如谷氨酰氨合成酶(Glutamine synthetase,GS)、谷氨酸合酶(Glutamine oxoglutarate aminotransferase,GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(Glutamate dehydrogenase,GDH))的功能得到了解析。研究表明,植物次生代谢通路在分子水平上具有模块化的调控特征,而茶氨酸生物合成对应的基因调控模块的研究仍处于空白,这些模块的解析对于茶树的遗传改良有重要意义。随着生物测序技术(尤其是二代与三代测序技术)的发展,产生了大量高质量的转录组学数据,这对于应用组学数据挖掘植物次生代谢的基因调控模块提供了重要的数据基础。本文基于茶氨酸激活通路的时间序列转录组学数据,主要进行了以下工作:(1)茶氨酸转录激活处理,鉴定了差异表达基因。通过乙胺处理激活茶氨酸生物合成通路,获得了激活的时间序列上的转录组学数据,应用稳健的秩聚合方法(一种基于秩次识别重叠基因的方法)识别了54条一致性差异表达的基因,其中上调基因25条,下调基因29条;(2)差异表达基因的功能富集。通过对上调、下调基因的功能富集分析,发现上调的差异表达基因在分子功能上主要富集在核酸内切酶、水解酶、转移酶等上;在生物过程上主要富集在糖基-t RNA氨酰化、磷脂分解代谢过程、IMP代谢过程和t RNA氨酰化等上;下调的差异表达基因在分子功能上主要富集在氧化还原酶、转移酶、谷氨酸合酶、铁离子结合和跨膜转运蛋白上,在生物过程上主要富集在的毒素分解代谢过程、单萜类生物合成过程、谷胱甘肽代谢过程和氨同化循环;(3)基因调控模块挖掘。整合了课题组开发的基因共表达网络和蛋白质功能互作网络,由此识别了茶氨酸生物合成通路的基因调控网络,包含了全部(54个)一致性差异表达基因中的45个(83.3%)基因之间127个非冗余相互作用,其中有3个大的连接元件(相互重叠,称为茶氨酸生物合成的基因调控模块)和2个分离基因(Cs CCP与Cs HASP相互作用);(4)重要基因的功能验证。挑选了8个具有拓扑重要性的基因,进行了功能验证。通过高效液相色谱法观测茶氨酸含量变化,同时利用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(Real-time Quantitative polymerase chain reaction,q RT-PCR)检测这8个重要拓扑基因的表达模式。结果表明,茶氨酸含量变化与基因表达变化具有线性关系,由此说明我们得到的基因调控模块与茶氨酸生物合成具有重要关系。综上,茶氨酸生物合成是多个基因调控模块协同调节的复杂过程,本论文的研究结果突出了茶氨酸生物合成途径中潜在的基因及其相互作用模式,为进一步探索茶氨酸生物合成的分子机制以及茶树的遗传改良提供了重要的理论基础。