茶树是如何进化的?我国科学家揭示茶树基因秘密

2020-09-18 09:19 | 作者: 新京报 | 标签: 茶树

新京报讯(记者 周怀宗)茶是中国传统文化中重要的元素,也是中国出口世界最多的农产品之一。数千年前,中国人就开始驯化、栽培、饮用茶叶,到今天,茶已经是全球消费量最大的饮品之一,世界茶饮料消费人口占总人口比率已超过三分之二。

那么,在过去数千年中,茶树是如何进化的呢?近日,科学家茶树全基因组组装和茶树起源演化研究上取得重要突破,组装了“龙井43”染色体级别的基因组,并揭示了栽培茶树的进化历史。该研究由中国农业科学院茶叶研究所和深圳农业基因组研究所主导,携手中国科学院昆明动物研究所及云南省农业科学院茶叶研究所等单位共同完成。

茶树进化史,越来越好喝

人类驯化茶树的具体时间已不可考,此前茶树的起源也有多种说法,但随着研究的深入,一些争议逐渐消失。中国农科院茶叶所研究员王新超介绍,“茶树的起源,目前科学界大部分都认为是中国。此前有印度起源说,但随着科学家们在我国西南地区茶树野生近缘种的发现,这一说法很难再站住脚。因为在中国发现了大量茶树的野生近缘种,所以普遍认为起源于中国。”

茶树的野生近缘种,也就是茶树的祖先,在长期的进化和传播过程中,进行了两个方向的分化。王新超介绍,一种是大叶种茶树,一种是中小叶种茶树,在被人类不断驯化的过程中,两类茶树种群逐渐分化出不同的特征。“中小叶种茶在长期驯化过程中,与茶叶风味相关的萜烯类代谢基因和抗病相关基因的强化选择,表现的更为突出。也就是说,那些控制香气合成的基因更丰富,所以中小叶种茶制作的绿茶、乌龙茶等香气更加多样。相应的,大叶种茶则更适合制作红茶。”

在驯化过程中,不同茶树还出现了区域分化,王新超说,“大叶种茶主要分布在南方,是因为它的抗寒性稍差。中小叶种茶的抗寒性更好,所以分布的区域更广泛,南北都有”。

总体来说,数千年的驯化、栽培、选育使得茶叶的风味越来越适合人类的口味,“从古至今,技术一直在进步,茶叶的风味、口味也越来越好”。

基因重测序,发现茶树秘密

在新中国茶叶育种历史中,龙井43是一个重要的品种。王新超介绍,“龙井43是当前种植面积最广的无性繁殖茶树之一,全国有超过300万亩的种植面积。该母本于1960年发现,到今年正好60年。”

龙井43具有发芽早、质量高、口感好、抗逆性强等特征,这使得它的适应性非常强。早在1978年,该品种就获得过全国科学大会奖,1987年,正式通过国家品种认定。

此次,研究团队以龙井43为材料,结合团队自主开发的技术,完成了染色体级别的基因组组装。研究结果发现,“龙井43”的基因,与抗病、风味代谢等相关的基因家族发生了扩张现象,和抗逆相关的基因也发生了正向变化,这也是它品质好、抗性强的原因。

在此基础上,科学家们还对来自世界不同国家和地区的139份有代表性的茶树材料进行了深度重测序,研究结果揭示了茶树群体的系统发生关系,描绘了栽培茶树的进化历史。

研究发现,随着栽培区域的扩张,茶树种群间的杂合性和广泛的基因流不断增加,“小叶品种和大叶品种之间的分化,正是来源于基因的变化”。

茶叶育种技术的新方向

近年来,随着分子生物学的发展,基因技术在作物育种中的应用越来越广泛,但茶树因为其本身的特征,在应用基因技术上,起步更晚、应用困难更大。

王新超说,“对龙井43的基因研究成果,解释了其质优、抗逆的分子本质,而且又是在发现60周年的时候,具有纪念意义。更重要的是,对茶树基因组重测序的实现,为以后的茶树分子设计育种提供了丰富的素材和基础。”

茶树是木本植物,目前主要的育种方法,还以传统技术为主,育成一个新品种,可能需要20年左右,而现代基因技术应用的很少,王新超说,“完成多个品种的基因重测序,发现了那些控制茶叶风味、保健等功能成分的基因,在未来的育种中,就可以实现现代基因技术的应用,进行设计育种,加快茶树育种的速度,更快地获得更好的品种”。

据介绍,该研究得到中国农科院科技创新工程、农业基因组协同创新项目、浙江省茶树新品种选育重大科技专项、深圳市基础研究学科布局项目、国家青年拔尖人才支持计划和云南省创新研究团队等项目资助。相关研究成果在线发表在《自然通讯(Nature Communications)》上。

来源:新京报

相关文章