安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶樹生物學(xué)與資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(安徽省實(shí)驗(yàn)室)宛曉春教授研究團(tuán)隊(duì),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(tuán)隊(duì),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(jìn)化機(jī)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(gè)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(tuán)隊(duì)以國家級(jí)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(duì)其進(jìn)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(gè)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(yuǎn)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(dú)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(jìn)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(gè)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(kuò)增,有助于解釋茶葉獨(dú)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(dú)特的風(fēng)味物質(zhì)之謎。
以上研究成果,將極大促進(jìn)對(duì)山茶屬植物的物種進(jìn)化、茶葉風(fēng)味物質(zhì)形成機(jī)理與品質(zhì)調(diào)控、分子育種、茶樹種質(zhì)資源保護(hù)與利用和茶的健康功能成分研究,對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jì)劃、安徽省創(chuàng)新省份建設(shè)專項(xiàng)基金等項(xiàng)目的資助。