茶树对气候变化的反应：从分子到生态系统

Editorial: Responses of Tea Plants to Climate Change: From Molecules to Ecosystems
社论：茶树对气候变化的反应：从分子到生态系统
*Frontiers in Plant Science

我们正处于气候变化正在影响社会几乎所有方面的时代，包括农业和粮食系统的可持续性。科学清楚地表明，气候变化正在发生，而如果不努力以更可持续和环保的方式扭转这一趋势，气候变化的影响将会恶化（IPCC，2014）。作为地球上的学者，实践者和公民，我们必须共同采取行动，以了解气候变化带来的风险，然后将这些知识应用于缓解和适应气候变化。科学在共同设计基于证据的解决方案方面，在理解气候对地球系统的影响方面起着关键作用。本研究课题旨在通过茶树的镜头，增进我们对气候变化对农作物多维影响的理解。

茶树山茶（L.）Kuntze是一种多年生植物的理想模型，可用于研究气候对农作物的影响，因为它是继具有显着文化，饮食和健康价值的水之后全球范围内使用最广泛的饮料。茶在五大洲的不同类型的农业系统中种植，并支持生计并为区域经济做出贡献（Han等人，2018）。茶的消费与其风味和健康属性有关，后者基于不同的次生代谢物生化特征，包括多酚，氨基酸，生物碱，萜类化合物和其他挥发性化合物。茶叶次生代谢产物是对气候变化敏感的质量的关键决定因素。从农民的管理到消费者的喜好和茶行业的生计，这种变化对整个茶系统都具有显着影响（Ahmed等人，2014）。

该研究主题中的文章基于生理，分子和生化响应以及生态系统的相互作用和产业发展，提供了气候变化对茶树的影响的证据。该研究主题中的某些文章提供了有关全球变化对茶树影响的现有证据的文献调查，而另一些则提出了新的方法来理解其影响或揭示有关该主题的新颖发现。总而言之，本系列中的文章使我们对与气候变化有关的各种环境压力的影响有了更深入的了解，包括水分压力，盐胁迫，温度波动，太阳辐射，食草动物和病原体。收集的证据表明，茶树对不同的防御机制有反应，包括对与气候变化有关的环境压力的生理，分子和生化反应。

该研究主题的独特重点是关注次生代谢物生化特征所确定的气候对茶质量的影响。尽管广泛的研究集中于多种胁迫对农作物产量的影响，但该资料集也使我们进一步了解了它们对农作物质量的影响。下面，我们从文献综述开始，然后是主要研究文章，概述了本研究主题中的文章集合。对于主要研究文章，我们首先介绍关注植物性能的文章，然后关注影响茶品质的生化响应。

本研究主题中的三篇文献评论突出了我们对气候对茶的影响的了解，并阐明了当前的研究差距。 Muoki等人的评论着眼于茶叶生产的植物性能方面，汇集了有关茶叶植物对气候变化的不同反应的证据，重点是肯尼亚茶产业。他们综合了常规和分子育种和选择的策略，以告知具有气候适应性的茶树种植。艾哈迈德（Ahmed）等人以茶树的生化响应为重点，系统地综述了全球茶叶生产地区86篇文章中环境因素对茶品质的影响。该系统评价表明，水分胁迫，季节，地理，光照因素，海拔，食草和微生物，温度和土壤因素的变化可导致茶类次生代谢物中最多50％的增加和减少。通过这篇评论阐明的文献中的一个关键空白是缺乏研究检查二氧化碳浓度升高对茶品质的影响的研究。 Ahammed等。通过对茶树对升高的CO2的生理和代谢反应进行表征的综述，在此发现的基础上，包括改变多酚，游离氨基酸，儿茶素，茶氨酸和咖啡因的浓度以及相关的基因表达。

干旱，低温，病虫害，盐分和光照是决定现有和新生产区域植物性能的关键因素（Han等人，2018）。在形态解剖学层面，植物角质层在调节水分流失和抗旱性中起着重要作用，这是许多茶产区气候适应所必需的属性。张Y等。提出了一种新的方法，可用于测量通过叶片表皮的水分流失，以了解耐旱性并选择耐旱茶品种。在气候变化引发的干旱事件中，该方法的实施可能会应用于其他植物，以检查表皮蒸腾作用。

低温胁迫是不利于植物生长的关键环境因素，也是限制茶叶种植扩展的主要因素（Chinnusamy等，2007）。低温会导致茶树中活性氧的积累，进而促进抗氧化能力，包括类黄酮的合成（Li等人，2018）。糖基转移酶（UGT）参与了类黄酮的运输，使它们更易溶于水且毒性较小（Song等人，2018）。赵等确定参与调节植物抗寒性的UGT基因。

在分子水平上，microRNA（miRNA）被认为是响应各种环境胁迫因素的基因表达的关键调节剂（Khraiwesh et al。，2012）。 Jeyaraj等。提供了有关miRNA在茶树中对植物病原菌Colleootrichum gloeosporioides响应的作用的证据。这项研究的发现对于理解茶树中病原体的敏感性和抗性具有重要意义。 Wan等强调盐胁迫如何严重影响茶的生长和品质，并研究参与盐胁迫反应的分子机制。具体而言，它们提供了证据，证明了长非编码RNA（lncRNA）在转录调节中作为响应茶树中盐胁迫的普遍存在的调节剂的作用。刘等研究光如何是高等植物中叶绿素生物合成途径的关键环境调节剂，并提供有关调节光和激素响应的叶绿素生物合成的分子机制的证据。在生态系统层面，Zhang Q.等人通过检查耐寒性以及植物的生长，形态和生化特征，研究适合于适应美国新茶产区的品种。总之，这些研究为选择和开发可适应新农业地区或变化条件的作物品种提供了模型。

与次生代谢产物合成相关的生化植物反应对植物抗性和植物质量均很重要。该研究主题中的五篇文章着眼于响应多种环境胁迫因素而影响茶风味的各种次生代谢物的转变。 Shamala等。证明紫外线B（UV-B）辐射如何刺激酚类化合物的生物合成。黄等。深入了解了没食子酸的生物合成，没食子酸是茶树中多酚合成的前体。他们从酶法测定和动力学分析中为茶树中没食子酸生物合成的有利候选基因以及没食子酸生物合成与the草酸途径的联系提供了实验证据。 Li等。目前进行的一项研究研究了次生茶氨酸茶氨酸的相互作用，茶氨酸有助于茶的鲜味，并在季节变化的背景下改变茶品种的基因表达。他们提供了茶氨酸波动与季节和发育阶段有关的证据。此外，他们提供了证据，虽然茶氨酸生物合成基因通常与茶氨酸含量呈负相关，但氨基酸转运蛋白基因通常与茶氨酸积累呈正相关。

Kfoury等提供基于时空因素的次生代谢产物变化的证据。他们基于中国一个云南产茶区的500多种挥发性次生代谢产物的谱图，表明海拔是决定作物质量的关键因素，而中国另一个云南茶产区却没有。他们表明，季节性和与环境条件变化相关的年度变化是两个地区作物质量的决定因素。斯科特等。通过操作实验，提供了有关茶农系统中叶蝉密度增加与受损叶面积以及挥发性和非挥发性次生代谢产物之间关系的证据。两者都Kfoury等。和斯科特等。表明诱导的对环境因素的生化反应可以是线性的或非线性的。例如，Scott等。结果表明，一些次生代谢产物随草食动物的压力线性变化，而另一些次生代谢物在食草动物的压力达到特定阈值后作出反应。

总体而言，本研究主题文章的发现对全球变化背景下的农作物和农业系统的复原力具有显着影响。尽管此研究主题的文章重点在于茶，但我们希望它们将提供方法和见解，以研究其他在农业和经济上很重要的植物对气候变化的反应。该研究主题进一步强调了植物科学在理解对全球变化的响应以及设计可持续和有弹性的作物系统中的关键作用。减少气候变化的不利影响不是一件容易的事，但是，如果我们不采取迅速行动，世界将变得不那么宜居。研究人员，从业人员，生产者和政策制定者之间的合作对于共同设计和实施基于证据的茶和更广泛的植物栽培缓解和适应策略至关重要。