破解铁观音基因组，找到茶叶高产“开关”
科学家成功破解了中国名茶铁观音的基因组，还对161个茶树品种和15个近缘种大理茶进行了重测序分析，发现了影响植株高矮和茶叶产量的两个功能基因。
茶树是世界重要的饮料作物，然而其滞后的基因组学研究，限制了利用分子生物学技术对其进行优良性状的快速选育，如今这一窘境有望被打破。
记者7月25日从福建农林大学获悉，该校尤民生教授和中国农科院深圳农业基因组研究所张兴坦研究员，联合国内外多家单位的科学家，成功破解了中国名茶铁观音的基因组，相关成果近日发表在国际顶级期刊《自然·遗传学》上。
“研究成果阐述了等位基因在长期无性繁殖过程中应对‘遗传负荷’的机制和茶树的群体演化、驯化史。特别是，我们发现的两个功能基因，极有可能为茶树植株矮化、产量提高作出贡献。”尤民生告诉记者。
破译基因组
弄清茶树应对“遗传负荷”秘密
许多重要作物都是无性繁殖，例如茶树、马铃薯和木薯等。无性繁殖可以有效保留亲本优良基因型，有利于快速筛选和培育新品种。然而这种繁殖方式容易使作物缺乏遗传多样性，从而导致作物更易遭受害虫和病原菌等有害生物的侵袭，并易积累大量的有害突变，致使农作物对有害生物的抗性和适应环境的能力降低，直接影响重要农艺性状。“因此，解析无性繁殖作物的基因组信息，对于及时鉴定和清除有害突变，改善作物的抗性和品质至关重要。”尤民生说。
研究选取的基因组测序对象“铁观音”是中国十大名茶之一，因茶树自交不亲和、种间频繁杂交等因素，导致其基因组高度杂合、组装难度很大。该团队利用最新技术攻克了高杂合基因组组装难题，成功获得了两个铁观音基因组——单倍体参考基因组和单倍体分型基因组。结果显示，来自父母本的两套单倍型之间存在大量遗传变异。
铁观音距今已有约300年的栽培历史，长期的无性繁殖积累大量体细胞突变（包括有害突变），增加了遗传负荷，导致其适应性降低。然而，人们对无性繁殖作物如何应对遗传负荷这一问题知之甚少。
传统的杂种优势现象可以由显性效应和超显性效应两种假说解释：显性效应指个体倾向于利用有利于生长和发育的优势等位基因（或显性基因）而忽略对个体不利的劣势基因（或隐形基因）；超显性效应指杂合等位组合在多种生境下优于任一纯合等位的现象。
研究结果显示，在无性繁殖的茶树基因组中，显性效应可能是其应对遗传负荷的重要机制。面对大量积累的体细胞突变或有害突变，长期无性繁殖的茶树利用优势等位基因，来应答不断积累的遗传负荷，以维持其正常的生长发育和对环境的适应性。
揭示关键基因
有望实现植株矮化、产量提高
该团队在攻克铁观音基因组的基础上，通过对茶树种群水平的遗传分析，揭示了该物种的演化和人工驯化历史。研究人员对161个茶树品种和15个近缘种大理茶进行重测序分析发现，各茶区存在频繁的种质基因交流，其中一些与有记录的茶树杂交育种历史相吻合。证据表明，茶树与近缘种间频繁的杂交渐渗是其网状演化和维持茶树遗传多样性的重要因素。此外，人们对大叶茶和小叶茶制品的偏爱有所不同也导致了两者经历了平行的驯化历程。
“该研究成果也为利用组学分析和分子生物学技术挖掘功能基因、解析其背后的遗传调控机制、开展基因组设计育种，奠定了坚实的理论基础。”张兴坦说。
原来20世纪60年代，大规模推广矮秆或半矮秆的水稻和小麦品种极大地提高了作物产量，其中控制株高的水稻sd1基因和小麦rht基因，也因其巨大的贡献被称为“绿色革命基因”。研究人员发现，茶树的株高在长期的栽培过程中也受到了驯化，体现在两个细胞色素P450家族基因（CsDWF4和CsBAS1）受到人工选择。这两个基因是油菜素内酯生物合成的关键基因，参与植物的光形态建成。
“这两个基因或能调节植株高矮、茶叶产量。”尤民生表示，在接下来的研究中，他们将利用组学分析和分子生物学技术进一步挖掘两个基因的功能，积极开展基于大数据驱动的基因组设计育种探索，有效缩短优质茶树品种育种周期、提高育种效率、降低育种成本。
来源：科技日报
用户评论
这太神奇了！终于找到了让铁观音更长久地生长、产量更高的秘密！以前喝到好的铁观音总觉得是稀有珍品的，现在或许每个人都能享受到啊！
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很有意思，我一直好奇茶叶的培育是如何才能做出那么多的品种区别。基因组破解能真的找到高产“开关”吗？我有点不相信，希望技术能够真正帮助农民提高产量。
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对农业发展来说是个重大进展！如果铁观音的产量都能提升，那对经济和百姓生活都有很大的影响。 以后茶叶价格会不会降低呢？
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这太棒了！终于能解开铁观音种植的奥秘了，以前总是听着一些长辈说古时候茶树可比现在好得多，原来是基因不一样啊！希望这项技术能够推广，让更多人受益。
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我一直觉得茶叶这个行业需要用更先进的技术来提升，比如生物工程。这个研究很值得支持，期待看到它真正应用到生产上！
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破解基因组，找到高产“开关”，听起来有点像科幻小说啊！我怕技术发展会让人们把茶叶变得过于工业化，影响其品质和口感。
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我觉得这只是开始。将来还会有更多更先进的技术用于提升茶叶的质量和产量。 这将会是一个全新的时代!
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这种研究很有可能是为了追求更高的利润而不是真正的科学进步。 难不成还想把铁观音变成一种廉价商品吗？
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说实话，我比较担心这项技术会带来的负面影响，会不会出现基因的突变呢？会不会破坏茶叶原本的味道和文化传承呢？
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这种科技听起来很酷！但我更喜欢传统的种植方式，保留原生态的品质更有意思。
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破解铁观音基因组，这难道意味着我们将能定制自己的茶叶吗？想喝什么口味的茶，就能研制出来？ 真的是太神奇了！
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我觉得这项技术发展得快一些可能会影响到农业生产者的利益。 它们需要更多的培训和支持才能适应新的生产模式。
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希望科技能提升铁观音产量，让更多人可以喝到好茶，同时也请大家记住尊重传统，保持环境保护意识。
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这种研究让我对未来的发展充满期待！或许有一天我们可以培育出更加独特的茶叶品种，创造全新的品尝体验。
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基因组破解的结果可能会改变铁观音的口感和品质，这也会带来一些挑战和争议。我们需要谨慎对待新的技术，避免过度开发导致生态环境恶化.
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我一直觉得科学进步应该服务于人类福祉，这项研究是否能够真正推动茶叶产业的可持续发展呢？我们需要多方论证才能做出客观结论。
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现在茶叶的价格越来越高了，如果产量真的可以增加的话，真是太棒了！也许以后就能平价享受到好茶的乐趣了。
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