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
这个研究真是太厉害了！之前一直觉得铁观音产量低的原因是品种问题，现在竟然发现是基因决定的！希望这个"开关"能真正实现高产，让大家喝上更多的好茶
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基因组？听起来好生僻啊，我 layman 只是想知道茶叶以后会不会越喝越便宜了。毕竟生产成本降低嘛，价格应该跟着波动一下吧。
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这研究真的让人兴奋！终于找到铁观音高产的秘密配方啦！接下来肯定会有很多茶农开始试验，说不定不久后市场上就能看到更多产量更高品质更佳的铁观音呢！
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我一直觉得这种基因技术操作有点“玩弄生命”的感觉，而且影响到环境吗？不是说这些改动都是为了满足人类的需求，应该好好考虑一下背后的副作用啊。
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破解基因组？听起来很厉害的样子，不过对我来说还是那句老话，品质好的茶叶就贵嘛！高产量跟口感有关系吗？希望不会影响到铁观音的传统味道
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这个研究太牛了！以后我们会不会可以根据自己的喜好去调整茶叶的基因组，例如想喝更苦的茶就调整一下基因，或者想喝更甜的茶呢？ 想象一下…
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说实话，我对这些高科技的研究有点不感冒。我觉得做茶就是要用心调配和品评，基因技术搞出来的茶叶能比传统制茶更有意思吗？
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这算是农业技术的进步吧！以前老农靠经验去栽培茶树，现在终于用科学手段来提高产量了。希望能带给农民更丰厚的收益。
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这个基因组研究结果会不会被一些大企业垄断利用呢？到时候普通茶叶的价格还会上涨吗？ 消费者到底有没有保障啊！
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我对这个"开关"有点好奇，究竟是什么原理？是增加根系生长的能力吗？还是提高光合效率？希望研究者们能给我们多一些解释
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会不会出现因为追求高产量而导致铁观音品质下降的情况呢？ 希望研究人员在追求高产的同时也要兼顾茶叶的口感和香气变化呀！
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我是一个铁观音爱好者，我很期待这项技术能够实现大规模应用，让更多人品尝到优质安全的铁观音茶！
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我觉得这种基因修饰的研究应该更加慎重一些，需要考虑更深层的伦理问题。毕竟我们不能只为了满足食欲而牺牲其他重要的价值。
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感觉这研究就像揭开了神秘的宝藏地图一样，让我们对铁观音有了更深刻的理解！ 期待未来更多的科学研究能够破解茶叶背后的奥秘!
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希望这种技术能真正落地应用，帮助农民提高收入。毕竟，茶农是种植和推广铁观音的不朽功臣。
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我的意见啊，就是基因组这东西听起来太复杂了，我吃茶就吃喝的口感好，别的技术能不能先放一边？哈哈！
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我从业多年，感觉茶叶的品质除了品种和环境，还与工艺和精心的经营管理有关。这个基因研究只是打开了一个新的思路，需要更多实践探索才能真正有所突破!
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这研究让我对未来茶叶产业的发展充满了期待！基因组技术的应用应该能帮助我们培育出新品种，提高产量和品质，让茶叶的生意变得越来越蒸蒸日上。
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