龍井43 中國農(nóng)科院供圖
近日,《自然—通訊》在線發(fā)表了我國科學(xué)家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。該項研究由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所(以下簡稱茶葉所)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所(以下簡稱基因組所)主導(dǎo)并攜手中國科學(xué)院昆明動物研究所(以下簡稱昆明動物所)及云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所等單位完成。該成果為茶樹基因組學(xué)和育種研究,以及茶樹遺傳和進化研究提供了豐富的素材。
茶樹起源于中國而風(fēng)靡于世界,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(zhì)資源豐富,六大茶類各具特色,而有關(guān)茶樹進化的研究尚少。
通訊作者楊亞軍介紹,他們首先以我國著名的優(yōu)良茶樹品種龍井43為材料,利用他們自主開發(fā)的三代組裝軟件結(jié)合高通量染色體構(gòu)象捕獲(Hi-C)等技術(shù),克服了其基因組高度雜合、重復(fù)序列比例高等復(fù)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(xù)性,在單堿基水平和scaffold水平都達到了較高的準確性,獲得了33556個高質(zhì)量的注釋基因。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),龍井43與抗病、風(fēng)味代謝和自交不親和相關(guān)基因家族發(fā)生擴張,與抗逆等相關(guān)的基因發(fā)生正選擇。
基于組裝的高質(zhì)量基因組,該團隊對來自世界不同國家和地區(qū)的139份有代表性的茶樹材料進行了深度重測序,揭示了茶樹群體的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系,描繪了栽培茶樹的進化歷史。
他們發(fā)現(xiàn),栽培區(qū)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(植物分類上多屬于茶變種)和大葉茶品種(植物分類上多屬于阿薩姆茶變種)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(fēng)味相關(guān)的萜烯類代謝基因和抗病相關(guān)基因受到選擇強于大葉茶(阿薩姆變種)茶樹。
龍井43是來源于西湖龍井群體種的優(yōu)良品種,以其發(fā)芽早、品質(zhì)優(yōu)、抗逆性強等優(yōu)良經(jīng)濟性狀而深受我國茶農(nóng)歡迎,在我國綠茶主產(chǎn)區(qū)推廣面積居于前列。今年適逢龍井43發(fā)現(xiàn)60周年,該研究結(jié)果解釋了龍井43質(zhì)優(yōu)、抗逆的分子本質(zhì),具有較好的紀念意義。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-020-18228-8