我國茶樹生物學(xué)基礎(chǔ)研究取得重大突破
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)研究團隊破解中國種茶樹全基因組密碼
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室（安徽省實驗室）宛曉春教授研究團隊，聯(lián)合深圳華大基因和中國科學(xué)院國家基因研究中心（上海）等相關(guān)研究團隊，破解了世界上分布最廣的中國種茶樹的全基因組信息，相關(guān)成果以“基于全基因組測序探究中國種茶樹基因組和品質(zhì)相關(guān)基因的進化機制”為題，于4月21日在線發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》。該成果的發(fā)表，標(biāo)志著我國茶樹生物學(xué)基礎(chǔ)研究取得重大突破。
世界主栽茶樹分屬兩個變種: 中國種和阿薩姆種，前者葉小，分布廣泛，適制綠茶等六大茶類；后者葉大，主要分布在熱帶和冬季溫暖的亞熱帶地區(qū)，適制紅茶和普洱茶。研究團隊以國家級茶樹品種舒茶早（中國種）為材料，用二代和三代測序技術(shù)對其進行測序，采取雜合組裝策略，獲得覆蓋基因組93%區(qū)域的高質(zhì)量序列草圖，注釋出33,932個高可信度的茶樹基因。結(jié)果顯示，中國種基因組大小為3.1Gb，重復(fù)序列含量為64%，基因組組裝的完整性和質(zhì)量遠高于現(xiàn)有同類已測序物種組裝水平。研究發(fā)現(xiàn)，茶樹祖先種大約在8000萬年前與親緣關(guān)系最近的獼猴桃物種發(fā)生分化，繼而在38-154萬年前，又分化形成中國種和阿薩姆種。
茶樹葉片中合成積累豐富的兒茶素、茶氨酸、咖啡堿和萜烯類等次生代謝產(chǎn)物，賦予了茶葉獨特的風(fēng)味。研究發(fā)現(xiàn)，茶樹基因組發(fā)生過兩次全基因組復(fù)制事件，最近一次發(fā)生在3000-4000萬年前，該事件及后續(xù)串聯(lián)復(fù)制導(dǎo)致了與兒茶素類物質(zhì)和咖啡堿生物合成相關(guān)的基因拷貝數(shù)顯著增加。進一步研究發(fā)現(xiàn)，兒茶素的生物合成受到復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，許多與生物逆境和非生物逆境相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子都與兒茶素含量高度相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)了一個參與茶氨酸合成的關(guān)鍵酶基因（CsTSI），并通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和轉(zhuǎn)基因分析，證明CsTSI具有合成茶氨酸的酶活性。比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，萜烯類等物質(zhì)的合成酶基因拷貝數(shù)在茶樹基因組中也發(fā)生顯著擴增，有助于解釋茶葉獨特的香氣。這些發(fā)現(xiàn)首次從基因組層面系統(tǒng)解開了茶葉中富含獨特的風(fēng)味物質(zhì)之謎。
以上研究成果，將極大促進對山茶屬植物的物種進化、茶葉風(fēng)味物質(zhì)形成機理與品質(zhì)調(diào)控、分子育種、茶樹種質(zhì)資源保護與利用和茶的健康功能成分研究，對中華茶文化的繁榮與傳播等也具有重要意義。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點實驗室韋朝領(lǐng)、楊華、趙劍、高麗萍和華大基因的王松波、劉春為共同第一作者；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)宛曉春、Jeffrey L. Bennetzen和華大基因的趙山岑為共同通訊作者。該研究得到科技部973、國家自然科學(xué)基金、安徽省茶產(chǎn)業(yè)振興計劃、安徽省創(chuàng)新省份建設(shè)專項基金等項目的資助。
