茶氨酸合成代谢途径基因包括直接参与合成的茶氨酸合成酶基因和茶氨酸水解酶基因，以及控制主要前体物乙胺来源的丙氨酸脱羧酶基因等。茶氨酸合成酶（TS） 即L-谷氨酸-乙胺连接酶，是茶氨酸合成的关键酶，催化谷氨酸和乙胺合成茶氨酸。

研究表明，茶叶中的茶氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶（GS） 具有高度的基因同源性，TS1 基因与GS3 基因有99%相同，而TS2 基因与GS1 基因有97%相同，因此推测两个基因可能源于GS家族，因为氨基酸突变导致酶学功能产生差异，使得TS 具有催化谷氨酸转乙胺基合成茶氨酸功能，而普通植物中的GS 只有催化谷氨酸转氨基合成谷氨酰胺的能力。茶氨酸合成酶TS 在ATP存在的条件下，能以L-谷氨酸和乙胺为底物催化合成茶氨酸，而作为茶氨酸组成部分的乙胺则是茶树新梢儿茶素间苯三酚