茶樹的嫩芽。圖片來源：維基百科
你喝茶嗎？茶可以說是全球最多人飲用的飲料，由於它具有容易製備、不易長菌、提神醒腦種種功能，因此現在全世界喝茶的人真的是非常多。
茶的滋味由多種因素決定，包括茶樹的品系、做茶的手藝、甚至連泡茶都會影響到茶的滋味！有一次我正在想事情，不小心把滾熱的開水加到白茶裡，結果泡出來的茶超難喝的！從此我就不敢在忙的時候泡茶了！
當然，不論是做茶的手藝還是泡茶，這些都只是外在的加工，先決條件是茶樹的品系。茶樹品系決定了茶裡面會有什麼內含物，另外茶樹在生長的時候的狀況也會影響到這些內含物的比例。
茶葉裡面會有什麼內含物呢？依據葉士敏的《茶學與茶科學》（2018）一書，茶葉鮮葉裡面會有茶多酚、蛋白質、胺基酸、生物鹼、糖類、有機酸、脂肪、色素、維生素、芳香物、礦物質以及微量元素。其中的胺基酸（佔茶葉鮮葉的1-5%）會賦予茶湯鮮醇味（umami taste），茶胺酸（L-Theanine）則是胺基酸裡面含量最高的（>50%），另外還有穀胺酸（Glu）、天冬胺酸（Asp）、精胺酸（Arg）、穀胺醯胺（Gln）、丙胺酸（Ala） 等。除了能讓茶湯有鮮味，在做茶的過程中，胺基酸還會跟還原糖發生梅勒（Maillard）反應，讓茶產生焦香與蜜香。
既然胺基酸對茶葉的風味有這麼大的影響，研究為何不同品系的茶樹風味不同，當然也要研究胺基酸的含量囉！最近有研究團隊分析了339個品系的茶樹的胺基酸含量，想要找出影響茶葉胺基酸含量的原因。
所有這些茶樹品系都保存在中國杭州的國家茶樹種質資源庫（National Tea Germplasm Repository at Hangzhou of TRICAAS）中。其中有289個品系都是中國茶（C. sinensis），又可分為三個變種。中國種（var. sinensis）有206個、阿薩姆種（var. assamica）有58個、白毛茶（var. pubilimba）則有25個。另外，他們還納入了野生近緣種29個、未分類品種5個、以及非茶組植物2個：網紋山茶（C. reticulata）和油茶（C. oleifera）。
針對這些植物，研究團隊測定它們的游離胺基酸和葉綠素含量，另外也進行細胞超微結構、代謝體學和轉錄體學分析。接著，他們利用基因表現網路分析（WGCNA）來篩選候選基因，也利用生物技術將重要的基因進行降低表現和高量表現來驗證基因功能。
研究團隊發現茶樹的葉綠素a（Chl a）、葉綠素b（Chl b）和總葉綠素（Chl）含量與茶胺酸生物合成途徑中的物質呈現顯著負相關。特別是葉綠素a和總葉綠素與丙胺酸（茶胺酸合成的前驅物）以及葉綠素b與丙胺酸和谷胺酸的相關係數尤其高。
如果葉綠素含量與這些胺基酸含量的相關性如此密切，那麼在白化品系中，胺基酸的含量是否有提高呢？
研究團隊比較了白化品系（Y1和Y2）與正常綠色品系（G1和G2）的差異。他們發現，白化品系的葉綠素含量顯著低於綠色品系，同時白化品系的穀胺酸、天冬胺酸、穀胺醯胺和茶胺酸含量卻高於綠色品系。也就是說，葉綠素的含量的確與胺基酸的含量有關，且兩者為負相關的關係。
進一步，他們以穿透式電子顯微鏡來觀察細胞結構。他們發現，綠色品系含有豐富的葉綠體，具有緊密的基粒層和豐富的澱粉顆粒；而白化品系的葉綠體數量少，基質不均勻，類囊體結構不明顯，基質類囊體溶解或消失。
研究團隊認為，白化品系之所以會含有較多的胺基酸是因為葉綠體中的蛋白質（如葉綠素a/b和Rubisco結合蛋白）是植物體內可回收氮的最大儲存庫，因此當葉綠體發育受阻時，這些蛋白質分解，釋放出氮。而植物為了維持碳氮代謝平衡，植物體透過累積游離胺基酸來應對這種變化。
如果白化品系的胺基酸含量提升是因為葉綠體發育不良，那麼若將茶樹覆蓋，讓它們得不到陽光照射呢？研究團隊使用黑色布料覆蓋茶樹，在一芽二葉階段進行遮光處理，結果發現它們的乙胺、谷胺酸和茶胺酸含量都顯著降低了。雖然這個結果與原先預想的不符合，但遮光處理對葉綠體的發育所產生的影響可能與白化品系不同，所以好像也不能一概而論。
很重要的一點是，研究團隊透過進行基因表現網路分析（WGCNA），找到了一個與胺基酸代謝高度相關的基因「PIF1」。
PIF1是什麼？不太意外的，PIF1的大名是「光敏素互動因子1」 （Phytochrome Interacting Factor 1） 與光信息傳導密切相關。PIF1最早是在篩選光敏素互動因子時找到的，它在黑暗條件下具有轉錄活性，其功能是負責抑制葉綠素的生合成。過去的研究發現，在有光的時候，PIF1會與活化的光敏素分子互動，這使得PIF1被分解、導致光形態發生的抑制解除。
之前的研究也發現，在阿拉伯芥白化突變株中，PIF1/PIF3的分解會受影響。因此，他們研究了不同發育階段的茶樹組織中PIF1的表現量，發現從芽到四葉一芽階段，PIF1的表現量與茶胺酸累積呈現負相關。
接著，他們使用反義RNA技術將PIF1的表現量暫時降低，結果顯示，PIF1表現量下降會導致茶胺酸含量顯著增加，同時他們也測量到有多個與茶胺酸合成和運輸相關基因的表現量都增加了。
為了更進一步確認，他們在阿拉伯芥（小芥：到！）中建構了高度表現PIF1的植株。結果發現，這些植株的茶胺酸含量降低，相關基因的表現顯著降低。相反的，少了PIF1的pif1突變株中茶胺酸前驅物（谷胺酸和丙胺酸）的含量就提高了。
除了突變株的實驗外，研究團隊也發現，對茶樹進行遮光處理，會讓PIF1的表現顯著提高，而這種表現量上升伴隨著茶胺酸含量的下降。所以，這也解釋了為什麼遮光的時候胺基酸的含量反而不會上升的疑惑。
總而言之，PIF1可能是連接光信息傳導和胺基酸代謝的重要樞紐分子。有光照的時候，因為PIF1與光敏素互動後分解，提升了茶樹的茶胺酸含量。當對茶樹進行遮光處理時，缺少光照導致PIF1表現量上升，造成茶胺酸的累積下降。
不過，研究團隊並未探討白化品系中的PIF1是否有發生什麼比較不一樣的事件，導致白化品系胺基酸含量上升。這其實是有點令人遺憾的，不過我們也可以期待他們未來幫大家解答這個問題！
參考文獻：
Huang, R., Wang, Z., Wen, W., Yao, M., Liu, H., Li, F., Zhang, S., Ni, D., & Chen, L. (2024). Comprehensive dissection of variation and accumulation of free amino acids in tea accessions. Horticulture Research, 11, uhad263. https://doi.org/10.1093/hr/uhad263
