我國科學家在龍井茶樹品種基因組組裝和茶樹起源演化研究上取得重要突破

2020-09-10 中國生物技術網

北京時間9月8日，由中國農業科學院茶葉研究所和中國農業科學院深圳農業基因組研究所（以下簡稱基因組所）主導並攜手中國科學院昆明動物研究所（以下簡稱昆明動物所）及雲南省農業科學院茶葉研究所等單位，在茶樹全基因組組裝和茶樹起源演化研究上取得重要突破，相關研究成果以「群體測序增強對茶樹進化的認識」（「Population sequencing enhances understanding of tea plant evolution」）為題發表在國際著名期刊《自然通訊》（Nature Communications）上。該研究結果為茶樹基因組學和育種研究，以及茶樹遺傳和進化研究提供了豐富的素材。

茶樹(Camellia sinensis [L.] O. Kuntze)起源於中國而風靡於世界，世界茶飲料消費人口已超過三分之二。茶樹在我國分布廣泛，種質資源豐富，六大茶類各具特色，而有關茶樹進化的研究尚少。研究團隊首先以我國著名的優良茶樹品種『龍井43』（C. sinensis var. sinensis cv. Longjing 43）為材料，利用研究團隊自主開發的三代組裝軟體結合高通量染色體構象捕獲（Hi-C）等技術，克服了其基因組高度雜合、重複序列比例高等複雜基因組組裝難題，完成了『龍井43』染色體級別的基因組組裝。『龍井43』基因組大小為3.26 Gb，DNA框架（scaffold） N50達到143.85 Mb，具有較好的連續性，在單鹼基水平和scaffold水平都達到了較高的準確性，獲得了33556個高質量的注釋基因。研究結果發現『龍井43』與抗病、風味代謝和自交不親和相關基因家族發生擴張，與抗逆等相關的基因發生正選擇。基於組裝的高質量基因組，對來自世界不同國家和地區的139份有代表性的茶樹材料進行了深度重測序，研究結果揭示了茶樹群體的系統發生關係，描繪了栽培茶樹的進化歷史。發現隨著栽培區域的擴張，增加了茶樹種群間的雜合性和廣泛的基因流；茶樹野生近緣種群是中小葉茶品種（植物分類上多屬於茶變種）（C. sinensis var. sinensis）和大葉茶品種（植物分類上多屬於阿薩姆茶變種）（C. sinensis var. assamica）的祖先，馴化過程中二者的選擇方向存在差異，中小葉茶 (茶變種)在長期馴化過程中與茶葉風味相關的萜烯類代謝基因和抗病相關基因受到選擇強於大葉茶（阿薩姆變種）茶樹。

『龍井43』是來源於西湖龍井群體種的優良品種，以其發芽早、品質優、抗逆性強等優良經濟性狀而深受我國茶農歡迎，在我國綠茶主產區推廣面積居於前列。今年適逢『龍井43』發現60周年，該研究結果解釋了『龍井43』質優、抗逆的分子本質，具有較好的紀念意義。

文章共同一作為茶葉所王新超研究員、基因組所博士研究生馮虎、基因組所常玉曉研究員、茶葉所馬春雷副研究員、茶葉所王麗鴛研究員和茶葉所郝心願副研究員。文章共同通訊作者為茶葉所楊亞軍研究員、基因組所阮珏研究員、茶葉所陳亮研究員和昆明動物所王國棟研究員。基因組所李阿倫、崔鵬研究員、王曉波、艾成、趙勝和吳志超，茶葉所成浩研究員、王璐副研究員、金基強副研究員和韋康研究員，雲南省農業科學院茶葉研究所劉本英研究員和李友勇副研究員也參與了研究工作。

該研究得到中國農業科學院農業科技創新工程、農業基因組協同創新項目、浙江省茶樹新品種選育重大科技專項、深圳市基礎研究學科布局項目、國家青年拔尖人才支持計劃和雲南省創新研究團隊等項目資助。

圖1 『龍井43』基因組特徵和質量評估結果

圖2 重測序茶樹樣品分布及進化分析

圖3 茶變種和阿薩姆變種基因選擇揭示了不同的馴化方向

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18228-8

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  • 文獻閱讀：基於葉綠體基因組研究茶樹起源
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