我國科學家完成「龍井43」基因組組裝和群體重測序

2020-09-07 BioArt植物

Nature Commun | 我國科學家完成「龍井43」基因組組裝和群體重測序，助力茶樹基因組學研究


責編 | 奕梵


茶樹（Camellia sinensis）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。


2020年9月7日，Nature Communications在線發表了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完成的題為Population sequencing enhances understanding of tea plant evolution的研究論文，報導了該合作團隊在茶樹全基因組組裝和茶樹起源演化研究上取得的重要突破。研究結果為茶樹基因組學研究和育種研究，以及茶樹遺傳和進化研究提供了豐富的素材。



研究團隊首先以我國著名的茶樹品種『龍井43』（C. sinensis var. sinensis cv. Longjing 43）為材料，利用自主開發的WTDBG三代組裝軟體結合Hi-C等技術，克服了其基因組高度雜合、重複序列比例高（>80%）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。其基因組大小為3.26 Gb， 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。此外，茶樹近緣種群是茶變種（C. sinensis var. sinensis）和阿薩姆變種（C. sinensis var.assamica）的祖先，馴化過程中二者的選擇方向存在差異，茶變種在馴化過程中與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阿薩姆變種茶樹。


中國小葉種茶樹中與萜烯代謝相關的基因受到選擇，並且這些基因在芽和葉中表達量較高。


據悉，今年適逢『龍井43』這一全國綠茶主產區推廣面積居於前列的無性系茶樹品種育成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。


中國科學院院士錢前研究員對研究團隊和該項工作都給予了高度評價，他說到：「感謝茶葉所楊亞軍老所長帶領的參加該項目研究的全體茶葉科研人員長期艱苦工作，正是你們持續的研究積累和對新建的農業基因組研究所以阮珏為代表的年輕科研人員的信任，團結協作，勇攀高峰，才有了今日之龍井43基因組研究之碩果，而龍井43則是中國現代茶葉最典型代表！我很高興，也很感動，龍井43的茶葉基因組必將奠定現代綠茶育種基礎，促使綠茶育種產生新的飛躍！」


『龍井43』（中茶所供圖）


該論文的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；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。


論文連結：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18228-8

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