閩南安溪的清晨，露水漸漸滑落，浸透葉片。魏月德每天都會去茶園里看葉面。一片好的茶葉，要經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣的十來道工序，30多個小時連續(xù)的制作，才能成就一泡有“觀音韻”的鐵觀音工夫茶。
2011年，耗費魏月德15年時間的《鐵觀音秘笈》出版了。作為魏蔭鐵觀音第九代傳人、國家級非遺傳承人，46歲這年，他終于完成一個心愿：將祖輩用閩南話口傳身教流傳下來的制茶秘訣，轉(zhuǎn)成文字，展示給世界看。
閩南安溪是烏龍茶的故鄉(xiāng)和鐵觀音發(fā)源地，全縣120多萬人有80萬人從事涉茶產(chǎn)業(yè)。關(guān)于鐵觀音的來源，當?shù)亓鱾饕环N說法：300年前，魏月德的祖先魏蔭發(fā)現(xiàn)一株破石而出的茶樹，便將此茶樹在打石坑壓苗繁殖，日后成為了中國最有名的茶之一。
魏月德家族位于鐵觀音發(fā)源地的茶山上，有一棵300年的鐵觀音母樹，如今已繁殖了千千萬萬鐵觀音茶樹。魏月德對學(xué)茶、做茶、愛茶的人來者不拒，幾十年來，徒弟已有數(shù)百個，學(xué)有所成出師者數(shù)名。
魏月德。受訪者供圖
300年鐵觀音，一個家族承前啟后
安溪的冬日，隨處可見的茶山和街巷里泡茶的人，讓人感到空氣里茶香味道濃郁。西坪鎮(zhèn)松巖村有一棵鐵觀音母樹，已經(jīng)59歲的魏月德十分關(guān)注鐵觀音母樹的發(fā)展與保護，對母樹茶的松土、除草、管理都是親力親為。
魏月德介紹，清朝時期種植鐵觀音的茶農(nóng)并不多，制茶技術(shù)也不是很成熟，通過魏蔭發(fā)現(xiàn)鐵觀音母樹后，經(jīng)過多年的培養(yǎng)種植制作的經(jīng)驗開始傳播、傳教、傳制。第五代魏福耀將家族茶的發(fā)展推向一個高潮，茶鋪能一年出產(chǎn)近4000斤。如今，魏月德每年售茶達到數(shù)十萬斤。
傳統(tǒng)農(nóng)耕社會里的茶行業(yè)，并不被人們看作是農(nóng)業(yè)里的一部分，而被當作某種奢侈品。魏月德說，在上世紀80年代前，安溪鐵觀音的種植規(guī)模一直比較小、畝產(chǎn)量比較低。這是因為茶山種植比較嚴格，當時的茶園都是茶樹和糧食作物合種，沒有只種茶樹的茶園，作物會和茶樹搶奪土壤養(yǎng)分。那時候，茶樹畝產(chǎn)茶葉不到三十斤，而現(xiàn)在畝產(chǎn)能達到近百斤。
在上世紀70年代初，有人主張把茶樹全部刨掉，種上糧食。魏月德的父輩們連夜偷偷地在茶園上切茶樹留根部，將茶樹根遮起來——對他們來說，保護好鐵觀音樹種，是家族的使命。
從小，在父親的影響下，魏月德把傳承發(fā)展鐵觀音技藝當成一輩子最大的事來做。在父親的口傳心授下，13歲的魏月德已是村里的采茶能手；14歲他便能扛鋤頭開荒種茶，很快學(xué)會了茶樹的種植管理，并開創(chuàng)性采用了單株種植模式；16歲時，魏月德已經(jīng)能獨自制出一手好茶，還巧妙地將同屬烏龍茶品種的梅占、毛蟹等茶葉做出特殊的品質(zhì)；17歲時，他成為閩西國營農(nóng)場烏龍茶的制茶師傅；上世紀80年代，魏月德開創(chuàng)安溪首家個體茶葉加工廠。
2008年，魏月德被評為國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)烏龍茶制作技藝鐵觀音制作技藝代表性傳承人。他也開始把越來越多的精力用在傳播鐵觀音制作技藝和文化上，這些年，他出版了多部相關(guān)書籍，在各地傳播茶文化。
現(xiàn)在，魏月德為鐵觀音發(fā)展的狀況感到欣慰——300年的母樹依然枝繁葉茂，鐵觀音茶樹早已遍布全國各地。
制茶是一個人與時間和火候的較量
安溪鐵觀音傳統(tǒng)制作技藝由采摘、初制、精制三個部分組成。采摘前先要確定采摘期，制定采摘標準，然后再進行采摘。鐵觀音初制工藝包括采青、晾青、曬青、搖青（四搖四涼）、涼青、炒青、揉捻、初烘、包揉（四烘四揉）、烘干等十道大工序內(nèi)有八道重復(fù)工藝。歷經(jīng)38小時制成成品毛茶，精制工藝要經(jīng)過有經(jīng)驗的老茶師通過審評、分級、挑撿、拼配、成堆、烘焙、攤涼、包裝等八道工序。
魏月德說，安溪鐵觀音十道工序，道道都難。茶葉顏色到了什么深淺程度采摘，考驗的是茶農(nóng)的眼力和經(jīng)驗；而搖青，就要考驗人的技術(shù)和耐心。茶農(nóng)一般搖青是在下午五點，要分批次搖到次日凌晨五點多。
制作安溪鐵觀音需要長久的經(jīng)驗積累。制茶時“要看天做青，看青做青”，這是說做好鐵觀音要考慮天氣和時辰因素，一般是午時采青、申時曬青；制茶師要在合適的天氣中，以曬青、搖青、涼青等方法調(diào)節(jié)茶青，使之發(fā)生一系列物理、生物等變化，形成“綠葉紅傷邊”的效果；再以高溫殺青的方法，制止酶的活性，控制其發(fā)酵程度；然后進行揉捻和反反復(fù)復(fù)的包揉、烘焙，最終制作出帶有天然蘭花香和特殊韻味的茶品，呈現(xiàn)出被品茶人所鐘愛的“蘭花香”和“觀音韻”。
制茶流程漫長繁瑣，全程是一個人與時間和火候的較量。魏月德小時候和父親學(xué)制茶時，父親告訴他，制茶要守住“三心”，學(xué)茶的時候要專心，做茶的時候要用心，賣茶的時候要有良心。
魏月德種茶有個竅門，把茶樹栽在巖石邊、溪水旁。為了讓茶樹有更大的生長空間，他種的茶樹間距比較大，且不施加農(nóng)藥、化肥、除草劑，也不被其他作物所擠壓。他希望每一棵茶樹都要枝條披張、無拘無束。
為什么把茶樹種得疏松？魏月德說，茶樹和人一樣，都是有生命的，人希望有自己的獨立空間，茶樹當然也需要大些的生長空間?！坝眯慕承牧夹模@是做茶的文化，也是家族傳下來的文化?！?
制茶技藝成為全球性“雙料”文化遺產(chǎn)
在包含鐵觀音制作技藝的“中國傳統(tǒng)制茶技藝及其相關(guān)習(xí)俗”申遺成功之前，今年5月20日，安溪鐵觀音茶文化系統(tǒng)被聯(lián)合國認定為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)。這也意味著，鐵觀音茶文化和技藝成為全球性“雙料”文化遺產(chǎn)。
魏月德說，安溪鐵觀音自誕生起就已經(jīng)邁向國際化。當時，憑借“海上絲綢之路”所承載的開放與共享的商業(yè)條件，安溪鐵觀音從泉州港、廣州港出發(fā)，流向印度馬來群島、菲律賓群島、印度尼西亞群島以及歐洲、北美等地區(qū)。
中國的傳統(tǒng)手工技藝，多以家族為渠道傳承，有“傳男不傳女”或“傳內(nèi)不傳外”的習(xí)慣。魏月德說，他不希望鐵觀音技藝只藏在一個家族的“秘笈”里，它應(yīng)該傳播向全世界。
為此，他籌措資金建設(shè)鐵觀音文化園，通過神農(nóng)氏雕像、鐵觀音母樹發(fā)源地微縮景觀等展示鐵觀音的發(fā)展歷史和技藝方法。為了修繕和保護鐵觀音的母樹發(fā)源地，他還設(shè)立鐵觀音制作技藝傳習(xí)所，并將家族的種茶制茶經(jīng)驗匯集在《鐵觀音秘笈》等著作中。
他說，編制《鐵觀音秘笈》用了他15年的時間，“我請縣文史館的一個專家?guī)兔?zhí)筆，我口述，他來寫。我把祖輩留下來的技藝，和自己半輩子摸索出來的經(jīng)驗，都寫到了這本書里?！?
“可是，制茶是個功夫活。看再多書，不上手刻苦練習(xí)，都是學(xué)不會的。這些年，我教了有幾百個徒弟，能達到一定水平的，只有十來個。一壺好茶，來自一片好茶園。從管護好茶園到完成制茶，這過程經(jīng)年累月，確實太磨人性子了?！?
魏月德說，他永遠都是一名安溪鐵觀音茶文化推廣的志愿者。只要學(xué)茶的人還在，鐵觀音傳統(tǒng)制作技藝的傳承就不會中斷。
來源：新京報記者 趙利新
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由福建農(nóng)林大學(xué)尤民生教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院（深圳）農(nóng)業(yè)基因組研究所（簡稱“深圳基因組所”）張興坦研究員主持，聯(lián)合國內(nèi)外多家單位的科學(xué)家共同合作成功破解鐵觀音基因組和茶樹演化史，研究成果于2021年7月15日以“Haplotype-resolved genome assembly provides insights into evolutionary history of the tea plant Camellia sinensis”為題發(fā)表在國際頂級期刊《自然遺傳學(xué)》（Nature Genetics）上。研究人員利用獨立開發(fā)的新算法攻克高雜合、高重復(fù)鐵觀音基因組組裝難題，并在此基礎(chǔ)上闡述了等位基因不平衡、茶樹群體演化和馴化等相關(guān)科學(xué)問題。
成功破解鐵觀音單倍體分型組裝技術(shù)難題
鐵觀音原產(chǎn)于福建省泉州市安溪縣西平鎮(zhèn)，相傳于清朝雍正年間被當?shù)夭柁r(nóng)發(fā)現(xiàn)，因其葉形似觀音臉重如鐵而被乾隆賜名為“鐵觀音”。茶樹是自交不親和植物，更因長期的無性繁殖積累大量體細胞突變，導(dǎo)致基因組高度雜合、組裝難度很大。研究團隊利用自主開發(fā)的兩種算法（Khaper和ALLHiC）整合Illumina短讀長、PacBioCLR長讀長和高通量三維染色質(zhì)捕獲技術(shù)（Hi-C），攻克高雜合基因組組裝難題，成功拼接了兩套鐵觀音基因組（圖1）：單倍體參考基因組（monoploid reference genome）和單倍體分型基因組（haplotype-resolved genome）。茶樹是二倍體，含有15對同源染色體（2n=2x=30），單倍體參考基因組是篩選同源染色體中的一份拷貝作為代表組裝到染色體水平，而單倍體分型基因組是將來源于不同父母本的兩套同源染色體同時組裝到染色體水平。前者不區(qū)分等位基因，廣泛用于二倍體基因組的組裝；后者區(qū)分等位變異，更完整地呈現(xiàn)二倍體基因組的全部遺傳信息。
圖1.鐵觀音基因組組裝和質(zhì)量評估
（a）單倍體參考基因組circos圖，呈現(xiàn)15染色體特征；（b）Hi-C熱圖呈現(xiàn)15條染色體組裝質(zhì)量；（c）LAI評估鐵觀音和已發(fā)表其他茶樹基因組組裝質(zhì)量；（d）鐵觀音單倍體參考基因組和分型基因組的共線性比較。
利用等位優(yōu)勢基因應(yīng)對“遺傳負荷”
鐵觀音距今已有約300年的栽培歷史，長期的無性繁殖積累大量體細胞突變（包括有害突變），增加了遺傳負荷（genetic load），導(dǎo)致其適應(yīng)性降低。然而人們對無性繁殖作物如何應(yīng)對遺傳負荷這一問題知之甚少。傳統(tǒng)的雜種優(yōu)勢現(xiàn)象可以由顯性效應(yīng)和超顯性效應(yīng)兩種假說解釋：顯性效應(yīng)指個體傾向于利用有利于生長和發(fā)育的優(yōu)勢等位基因（或顯性基因）而忽略對個體不利的劣勢基因（或隱形基因）；超顯性效應(yīng)指雜合等位組合在多種生境下優(yōu)于任一純合等位的現(xiàn)象。研究人員基于鐵觀音分型基因組組裝，鑒定到14691個基因具有等位變異。RNA-seq分析顯示，其中1528個基因存在一致性的等位特異性表達（cconsistent allele-specific expression, consistent ASE），即其中一個等位基因在所有組織和樣本中的表達都高于另一等位基因；而只有386個基因存在非一致性的等位特異表達（inconsistent ASE），即兩個等位基因分別在不同的組織中存在特異高表達。前者可以被認為是具有顯性效應(yīng)的基因，而后者是具有超顯性效應(yīng)的基因。這一結(jié)果顯示，在無性繁殖的茶樹基因組中，顯性效應(yīng)可能是其應(yīng)對遺傳負荷的重要機制。面對大量積累的體細胞突變或有害突變，個體選擇使用未突變或?qū)€體有利的等位基因維持其正常的生長發(fā)育和對環(huán)境的適應(yīng)性。
大葉茶與小葉茶存在不同的演化和馴化歷史
茶樹遺傳多樣性較高。研究人員對161個茶樹品種和15個近緣種大理茶進行重測序分析發(fā)現(xiàn)，這些個體聚類為三組，分別為大理茶（CT）、大葉茶（CSA）和小葉茶（CSS）。其中大葉茶分為兩個亞組，古大葉茶（ACSA）和栽培大葉茶（CCSA）；而小葉茶分為四個亞組，依據(jù)其主要地理分布可以劃分為川陜贛（SSJ）、浙江和閩北（ZJNFJ）、閩南（SFJ）、兩湖（湖南和湖北）和安徽（HHA）。遺傳分析顯示各茶區(qū)存在頻繁的種質(zhì)基因交流，其中一些與有記錄的茶樹雜交育種歷史相吻合（圖2）。比如茶樹黃玫瑰品種呈現(xiàn)出鐵觀音與黃棪基因組混合的組分，而黃玫瑰是兩者子代黃觀音和黃棪回交選育的優(yōu)良品種。這種頻繁的基因交流不僅出現(xiàn)在茶樹種內(nèi)，在茶樹與近緣種間也普遍存在。研究人員通過對8個茶樹品種和山茶屬茶組的12個近緣物種系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，這些物種呈現(xiàn)網(wǎng)狀演化模式，而非簡單的樹形演化。更多的證據(jù)表明，茶樹與近緣種間頻繁的雜交漸滲（introgression）是其網(wǎng)狀演化和維持茶樹遺傳多樣性的重要因素。
圖2.茶樹的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和群體結(jié)構(gòu)
（a）重測序個體的地理分布；（b）系統(tǒng)發(fā)育樹；（c）重測序群體的主成分分析(PCA)；（d）K=7模型下的群體遺傳結(jié)構(gòu)圖，下方顯示了兩個有記錄的現(xiàn)代繁殖事件。
栽培茶樹品種主要分為大葉茶（C. sinensis var. assamica, CSA）和小葉茶（C. sinensis var. sinensis, CSS），兩者之間在形態(tài)上具有明顯差異。前者植株較高、葉片較大、多為喬木，主要生長在云南、廣東等溫度較高的地域；而后者植株較矮、葉片較小、多為小喬木或灌木，可以生長在北至山東等較寒冷地區(qū)。研究人員通過群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)大葉茶和小葉茶具有不同的演化和馴化歷史。在距離約259-181萬年的格拉斯階時期，劇烈的氣候變化很可能導(dǎo)致了整個茶樹物種的群體收縮，這也是一次大葉茶和小葉茶共享的瓶頸事件。兩個變種分化后，小葉茶的生境遭遇了末次冰盛期，2.65-1.9萬年前的溫度驟降可能使得小葉茶出現(xiàn)了再一次的群體瓶頸，但隨后適應(yīng)了環(huán)境的小葉茶迅速擴張，群體規(guī)模得到恢復(fù)（圖3）。
圖3.茶樹的群體動態(tài)歷史
（a）小葉種（上）和大葉種（下）歷史有效群體大小；（b）過去42萬年的歷史溫度變化。
此外，人們對大葉茶和小葉茶制品的偏愛有所不同也導(dǎo)致了兩者經(jīng)歷了平行的馴化歷程（圖4）。大葉茶早期的馴化主要篩選了一些糖苷類物質(zhì)轉(zhuǎn)運的相關(guān)基因，而在品種改良階段人們更關(guān)注生物堿和香氣揮發(fā)物相關(guān)的代謝途徑。例如，研究人員鑒定到CsXDH基因在大葉茶品種改良階段受到強烈的人工選擇，該基因編碼黃嘌呤脫氫酶，是咖啡因合成通路的重要基因[9]。小葉茶早期人工選擇的基因與植物防御和抗性相關(guān)，事實上這些受選擇的基因同時也參與到了重要的次級代謝產(chǎn)物的生物合成，例如R-檸檬烯、β-羅勒烯等途徑。作為兒茶素合成通路的關(guān)鍵基因，F(xiàn)3‘H也在這一過程中受到人工選擇。而在小葉茶品種改良過程中，人工馴化涉及到花發(fā)育和一氧化氮（NO）響應(yīng)相關(guān)的基因。之前的研究表明，NO的積累可以加速γ-氨基丁酸的消耗從而幫助植物抵御冷脅迫[10]，這一結(jié)果暗示著篩選耐寒的品種也是人工選育的重要目標。
茶樹的“綠色革命”基因
20世紀60年代，大規(guī)模推廣矮稈或半矮稈的水稻和小麥品種極大的提高了作物產(chǎn)量，解決了發(fā)展中國家急劇增長的糧食需求，控制水稻株高的sd1基因和小麥的rht基因也因其巨大的貢獻被稱為“綠色革命基因”[11]。研究人員發(fā)現(xiàn)，茶樹的株高在長期的栽培過程中也受到馴化，體現(xiàn)在兩個細胞色素P450家族基因受到人工選擇（CsBAS1和CsDWF4）。這兩個基因參與油菜素內(nèi)酯合成，前者的擬南芥突變體導(dǎo)致了延長的下胚軸，而后者的突變直接導(dǎo)致了植株侏儒的表型[12-13]。
圖4.大葉茶（CSA）和小葉茶（CSS）人工選擇的特征與平行馴化的證據(jù)
（a）CSA與CSS平行馴化路線圖；（b）基于XP-EHH識別的選擇性清除信號在全基因組的分布；（c）XDH基因中人工選擇的信號；（d）CM（脈絡(luò)膜類誘變酶）基因中的人工選擇信號；
（e）F3’H基因中人工選擇的信號；（f）與植物高度相關(guān)的BAS1和DWF4基因的人工選擇信號；（g）人工選擇基因的表達，包括根(RT)、莖(ST)、花(FL)、芽(BD)、幼葉(YL)、老葉(OL)。
該項目在攻克鐵觀音基因組的基礎(chǔ)上，通過對茶樹種群水平的遺傳分析，揭示了該物種的演化和人工馴化歷史。該成果為利用組學(xué)分析和分子生物學(xué)技術(shù)挖掘功能基因、解析其背后的遺傳調(diào)控機制，開展基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的基因組智能設(shè)計育種奠定了堅實的理論基礎(chǔ)，同時也為縮短育種周期、提高育種效率、降低育種成本提供了科學(xué)依據(jù)。
該項目由福建農(nóng)林大學(xué)、深圳基因組所等國內(nèi)外多家單位合作完成。深圳基因組所張興坦研究員、福建農(nóng)林大學(xué)碩士研究生陳帥、福建省農(nóng)科院水稻所施龍清博士、中國農(nóng)科院煙草研究所龔達平研究員為論文共同第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)尤民生教授、唐海寶教授和深圳基因組所張興坦研究員為共同通訊作者。
來源：茶科學(xué)，信息貴在分享，如涉及版權(quán)問題請聯(lián)系刪除
茶樹是山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)茶組植物，富含茶氨酸、兒茶素、咖啡堿等特征性次生代謝物，是我國重要的經(jīng)濟作物。茶樹生物學(xué)的研究內(nèi)涵主要是以茶樹為研究對象，綜合運用植物遺傳學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和組學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，通過挖掘關(guān)鍵基因，解析生化功能，揭示分子機理，構(gòu)建調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為認識茶樹生命規(guī)律及發(fā)展未來茶葉科技提供科學(xué)指導(dǎo)。近5年來，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，我國茶葉工作者凝心聚力，在茶樹基礎(chǔ)生物學(xué)研究上取得了可喜的成績，特別是在茶樹基因組解析、重要功能基因分離克隆、次生代謝產(chǎn)物合成/調(diào)控及其生理功能、抗逆新機制解析等領(lǐng)域取得了重要進展。
一、“十三五”期間主要研究進展
1. 解析茶樹及其野生近緣種基因組(1)解析了茶樹阿薩姆變種的基因組茶樹阿薩姆變種是我國西南地區(qū)及周邊國家的主要栽培型茶樹，屬喬木型，葉大，適制紅茶和普洱茶。2017年6月，高立志團隊以云抗10號茶樹品種為材料，解析了栽培茶樹阿薩姆變種的參考基因組，開啟了茶樹基因組學(xué)研究的序幕。茶樹基因組近期曾經(jīng)發(fā)生過一次全基因組重復(fù)事件，并且通過顯著性地擴增與黃酮、萜類物質(zhì)生物合成及抗病基因來影響其兒茶素含量分布、茶葉風(fēng)味和茶樹的全球生態(tài)適應(yīng)性。研究還對25種山茶屬代表性植物的兒茶素類化合物、茶氨酸和咖啡堿含量進行測定發(fā)現(xiàn)，茶組植物和非茶組植物在兒茶素類化合物和咖啡堿含量上差異明顯;進一步基因表達和進化分析表明，兒茶素類化合物代謝通路和咖啡堿代謝通路基因的表達模式和序列變異可能是造成該現(xiàn)象的主要原因，與茶葉的品質(zhì)和適制性密切相關(guān)。
茶樹基因組和基因家族的進化
(2)解析了茶樹原變種的基因組茶樹原變種是目前栽培最為廣泛的茶樹類型，具有葉小、分布廣、適制性高等特點。2018年3月，宛曉春團隊以舒茶早為材料破譯了茶樹原變種的基因組。發(fā)現(xiàn)栽培茶樹與獼猴桃的物種分化時間大約發(fā)生在8 000萬年前，茶樹原變種與阿薩姆變種的物種分化時間發(fā)生在38萬～154萬年前。與阿薩姆變種類似，茶樹原變種基因組近期曾發(fā)生過一次全基因組重復(fù)事件，且該事件及后續(xù)串聯(lián)復(fù)制導(dǎo)致了大多數(shù)次生代謝相關(guān)基因拷貝數(shù)顯著擴增。首次發(fā)現(xiàn)并證實了一個參與茶氨酸合成的關(guān)鍵酶基因(CsTSI) 具有體外合成茶氨酸的酶活性。陳亮團隊和宛曉春團隊分別對茶樹舒茶早基因組組裝的連續(xù)性和基因注釋的完整性進行了提升，獲得了茶樹全基因組重復(fù)事件對茶葉品質(zhì)和抗性形成深入的認識。
2020年4月，宛曉春團隊進一步以舒茶早為材料，獲得染色體級別的茶樹原變種參考基因組序列。發(fā)現(xiàn)茶樹基因組高含量的重復(fù)序列不僅是其基因組龐大的主要原因，而且還可通過內(nèi)含子插入使得基因平均長度增加和部分重復(fù)基因的功能發(fā)生分化。發(fā)現(xiàn)所選取樣品被清晰地分為阿薩姆類型、中國種類型和野生類型;來自國內(nèi)不同地區(qū)的茶樹遺傳多樣性研究結(jié)果支持了我國茶樹的西南起源假說，同時鑒定得到一些與茶葉品質(zhì)和茶樹抗逆性密切相關(guān)的候選馴化基因。
2020年4月，以碧云為材料，高立志團隊獲得了茶樹原變種碧云染色體級別的參考基因組。發(fā)現(xiàn)茶樹原變種和阿薩姆種基因組中LTR逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子經(jīng)歷了較為相似的進化歷史。
2020年9月，楊亞軍團隊以龍井43為材料，獲得了茶樹原變種龍井43約3.26 Gb的參考基因組，注釋得到33 556個高質(zhì)量的蛋白編碼基因。發(fā)現(xiàn)大量與茶樹抗病、風(fēng)味代謝和自交不親和相關(guān)的基因家族在龍井43基因組中發(fā)生了顯著擴張，且與抗逆等相關(guān)基因受到強烈的正選擇。系統(tǒng)構(gòu)建了栽培茶樹的群體結(jié)構(gòu)及其進化歷史。發(fā)現(xiàn)茶樹栽培區(qū)域的擴張和引種馴化顯著增加了茶樹種群間的雜合性和基因流;揭示了茶樹原變種和阿薩姆變種在馴化過程中的選擇方向存在差異;相比阿薩姆變種，茶樹原變種中與風(fēng)味相關(guān)的萜烯類代謝基因和抗病基因在馴化過程中更傾向于受到強烈的選擇。
‘龍井43’基因組特征和質(zhì)量評估結(jié)果
2021年5月，以烏龍茶適制品種黃棪為材料，葉乃興團隊獲得茶樹原變種黃棪二倍體染色體級別基因組與單體型染色體級別基因組。發(fā)現(xiàn)黃棪與舒茶早和龍井43品種之間存在廣泛的結(jié)構(gòu)變異，包含大量諸如萜烯類合成酶等與香氣途徑相關(guān)的基因，可能與黃棪的高香品種特性有關(guān)。此外，劉仁義、楊貞標團隊聯(lián)合陳亮團隊還利用136個代表性茶樹資源的轉(zhuǎn)錄組和代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，深入研究了茶樹種群與特殊代謝物之間的關(guān)系，為闡明茶樹中特殊代謝物的多樣性形成機理奠定了基礎(chǔ)。
(3)解析了栽培茶樹野生近緣種的基因組2020年7月，以采自云南保山深山中的一株野生茶樹為材料，聞瑋瑋團隊完成了首個高質(zhì)量染色體級別的茶樹野生近緣種DASZ基因組。發(fā)現(xiàn)相比舒茶早基因組，DASZ基因組注釋出更多的R基因，可能與其抗逆性密切相關(guān)。揭示了中國茶樹育種中存在諸如福鼎大白茶和鐵觀音等數(shù)個骨干親本;茶樹種質(zhì)資源間基因交流頻繁，遺傳多樣性豐富。鑒定出176個與茶樹兒茶素類化合物生物合成顯著關(guān)聯(lián)的遺傳變異位點和關(guān)鍵基因。選擇性清除分析發(fā)現(xiàn)，古茶樹和栽培種在遺傳和代謝水平上并未顯著分化，暗示著茶樹在風(fēng)味品質(zhì)上可能未受到長期定向的人工選擇。
(4)構(gòu)建了茶樹基因組及生物信息學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)庫以茶樹基因組圖譜為框架，“十三五 ” 期 間 先 后 構(gòu) 建 了TPIA(Tea plant information archive)、TeaPGDB(Tea plant genome database)茶樹基因組數(shù)據(jù)庫。以茶葉代謝和健康功效數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別構(gòu)建了TMDB(Tea metabolome database)、TBC2health、TBC2target數(shù)據(jù)庫。茶樹可變剪切數(shù)據(jù)庫TeaAS(Tea alternative splicing database)近期也上線運行。
茶樹基因組學(xué)與生物信息學(xué)平臺TPIA
2. 克隆了一批與茶葉品質(zhì)和茶樹抗性相關(guān)的功能基因(1)克隆了茶氨酸合成的關(guān)鍵基因CsTSI證明了CsTSI具有體外合成茶氨酸的酶活性。CsTSI基因的克隆不僅為培育高茶氨酸茶樹品種提供了一個重要新基因，也為揭示茶樹茶氨酸調(diào)控的分子機制提供了新線索。
(2)克隆了苦茶堿合成關(guān)鍵基因CkTcS驗證了R226、I241和C27是影響CkTcS N9-甲基轉(zhuǎn)移活性的關(guān)鍵氨基酸殘基。CkTcS基因的克隆為今后培育富含苦茶堿茶樹新品種或通過微生物發(fā)酵合成苦茶堿奠定重要理論基礎(chǔ)。
(3)克隆了芳樟醇/橙花叔醇合成關(guān)鍵基因CsLIS/NES該基因?qū)俨铇漭葡╊惡铣擅富颍诓铇淙~片和花中，可通過可變剪切形成全長(CsLIS/NES-1)和斷頭(CsLIS/NES-2)兩個轉(zhuǎn)錄本，其蛋白產(chǎn)物分別定位于葉綠體和細胞質(zhì)，前者催化芳樟醇的生物合成，而后者催化橙花叔醇的生物合成。CsLIS/NES基因的克隆對增進茶葉香氣品質(zhì)的定向育種、栽培和加工技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。
(4) 克隆了參與茶樹單寧化合物水解的關(guān)鍵基因CsTA發(fā)現(xiàn)不同于微生物的單寧酶基因，植物的單寧酶基因具有獨立的進化起源。茶樹單寧酶CsTA基因的發(fā)現(xiàn)和克隆為茶樹等富含單寧化合物的園藝作物品質(zhì)調(diào)控和優(yōu)良品種選育提供了理論依據(jù)。
此外，如CsGS2、AlaDC、CBF、CsWRKY2等與茶葉品質(zhì)和抗性相關(guān)的基因也相繼克隆。這些基因的克隆對深入認識茶樹重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)具有重要意義，同時也為通過遺傳改良培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的茶樹新品種提供了重要靶點。
3. 初步揭示茶樹次生代謝的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(1)茶樹黃酮類化合物的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析克隆參與紫娟茶樹品種花青素調(diào)控的關(guān)鍵基因CsMYB75和CsGSTF1。煙草過表達CsMYB75基因能夠激活CsGSTF1基因的表達，證實CsGSTF1可參與茶樹花青素苷的液泡轉(zhuǎn)運。從龍井43中分離克隆CsMYB4a基因，發(fā)現(xiàn)CsMYB4a可以結(jié)合CsC4H、 Cs4CL、CsCHS、CsLAR和CsANR2基因的啟動子，調(diào)控茶樹花青素的積累。研究還發(fā)現(xiàn)茶樹花青素的生物合成亦受到DNA甲基化的調(diào)控，紫娟茶樹品種的CsAN1基因啟動子的甲基化程度與其花青素含量存在一定聯(lián)系，CsAN1基因啟動子低甲基化水平會導(dǎo)致紫娟芽葉中花青素的大量積累。遮陰條件下，茶樹鮮葉中黃酮醇、兒茶素類物質(zhì)含量降低，黃酮類代謝途徑基因(CsCHS、CsF3'5'H、CsDFR、CsFLS及CsUGT等) 轉(zhuǎn)錄水平顯著下降，且與UV-B光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑基因表達高度相關(guān)。
(2)茶樹茶氨酸的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析從舒茶早中克隆根部特異表達的茶氨酸合成酶關(guān)鍵基因CsTSI，相比茶樹根部組織，茶樹的葉片組織尤其是嫩梢中也發(fā)現(xiàn)較高含量的茶氨酸，其含量積累可通過原位合成和根部運輸實現(xiàn)。茶樹細胞質(zhì)和葉綠體是茶樹嫩梢組織茶氨酸生物合成及分布的主要場所，證實CsGS1.1和CsGS2是茶樹葉片組織茶氨酸生物合成的關(guān)鍵酶基因，且其含量和分布受到光照的調(diào)控。分離并克隆參與茶樹茶氨酸轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵基因CsAAP1(Amino acid permease)，該基因在茶樹根中的表達模式與茶氨酸的運輸季節(jié)及從根到新梢的運輸效率高度相關(guān)，表明CsAAP1在茶樹茶氨酸長距離運輸過程中起到重要作用。丙氨酸脫羧酶基因AlaDC(Alanine decarboxylase)在茶樹根中的表達水平顯著高于葉片組織，可以催化丙氨酸脫羧生成乙胺，參與茶氨酸降解的關(guān)鍵基因CsPDX2.1(Pyridoxine biosynthesis 2)在白化茶樹品種中的表達水平顯著低于綠色茶樹品種，可催化茶氨酸水解為乙胺和谷氨酸，表明CsPDX2.1基因具有體外水解茶氨酸的功能。
與茶氨酸合成和轉(zhuǎn)運基因分離克隆相比，茶樹茶氨酸生物合成的分子調(diào)控機理研究起步較晚。構(gòu)建了茶樹茶氨酸代謝通路基因與轉(zhuǎn)錄因子的共表達網(wǎng)絡(luò)，鑒定得到14個可能參與茶樹茶氨酸生物合成調(diào)控的候選MYB轉(zhuǎn)錄因子，為今后茶氨酸調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析奠定了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。負調(diào)控茶氨酸生物合成的關(guān)鍵基因CsMYB73屬 R2R3 類型 MYB 轉(zhuǎn)錄因子，為核定位蛋白，其在茶樹葉片發(fā)育過程中的表達模式與茶氨酸的積累模式呈負相關(guān)關(guān)系。參與茶樹茶氨酸生物合成的正調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子CsMYB6可通過結(jié)合茶氨酸合成酶關(guān)鍵基因CsTSI的啟動子，激活CsTSI的表達，正調(diào)控茶樹茶氨酸的生物合成。
(3)茶樹咖啡堿的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)解析茶樹咖啡堿合成酶基因TCS編碼369個氨基酸，既可催化7-甲基黃嘌呤轉(zhuǎn)化為可可堿，也可催化可可堿轉(zhuǎn)化形成咖啡堿。TCS1基因在茶組植物中具有多個等位變異，其中TCS1的第269位氨基酸殘基對 TCS 的活性和底物識別中起著重要的作用。對來自中國14個省共計44個茶樹品種的TCS1基因進一步比較分析發(fā)現(xiàn)，茶樹TCS1基因的外顯子區(qū)包含31個單核苷酸多態(tài)性位點(SNP)，其中SNP4318的定點突變(His153Tyr)可顯著提高茶樹可可堿合成酶和咖啡堿合成酶的活性，驗證了SNP4318變異與咖啡堿含量的關(guān)系。
紅芽茶和可可茶是2種以含可可堿而非咖啡堿為主的茶樹物種。HYC和CCT分別是紅芽茶和可可茶的咖啡堿合成酶基因。研究發(fā)現(xiàn)，HYC和 CCT均編碼365個氨基酸，二者僅在第227位(Glu227Lys)和287位(Arg287His) 存在2個氨基酸的差異。重組蛋白酶活實驗表明，HYC和CCT均只能催化可可堿的形成而不能以可可堿為底物繼續(xù)合成咖啡堿。
4. 解析茶樹次生代謝的生理功能(1)發(fā)現(xiàn)香氣糖苷物質(zhì)應(yīng)答茶樹低溫和病蟲害的新功能茶樹香氣糖苷在茶葉香氣品質(zhì)形成及茶樹逆境脅迫應(yīng)答中具有雙重作用。鄰近茶樹接觸到受害茶樹釋放的揮發(fā)物質(zhì)后，會提前啟動自身的防御系統(tǒng)。進一步通過對受害茶樹釋放的揮發(fā)物質(zhì)定量分析，結(jié)合外源揮發(fā)物質(zhì)暴露實驗，發(fā)現(xiàn)順-3-己烯醇等香氣物質(zhì)在茶樹個體間信號傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用。在茶樹中篩選到可高效轉(zhuǎn)化順-3-己烯醇的關(guān)鍵酶基因UGT85A53，該基因可催化順-3-己烯醇發(fā)生糖苷化，參與茶樹的蟲害防御反應(yīng)。
茶樹香氣糖苷物質(zhì)還可參與茶樹低溫脅迫的防御反應(yīng)。在茶樹中分離克隆了可特異性催化橙花叔醇糖苷化的基因CsUGT91Q2。茶樹體內(nèi)抑制該基因的表達可顯著降低茶樹橙花叔醇糖苷的積累及抗寒能力。外源施加橙花叔醇，可促進CsUGT91Q2的表達及茶樹橙花叔醇糖苷的積累，并提高茶樹的抗寒能力，表明橙花叔醇糖苷化在茶樹低溫脅迫應(yīng)答中具有重要作用。
(2)揭示芳香族揮發(fā)物吲哚防御茶樹病蟲害的生理功能茶樹在遭受茶尺蠖幼蟲取食后會大量釋放吲哚。用生理濃度的吲哚處理茶苗后可以顯著誘導(dǎo)茶樹中鈣離子信號、絲裂原活化蛋白激酶、茉莉酸合成等早期信號通路，通過提高茉莉酸、茉莉酸異亮氨酸以及防御相關(guān)次生代謝物的含量，增強茶樹對茶尺蠖的抗性。進一步利用信號通路抑制劑結(jié)合生物學(xué)測定和代謝物分析，證實了鈣離子和茉莉酸途徑是吲哚引發(fā)茶樹防御警備、提高茶樹抗蟲性的必需條件。
二、目前存在的問題及“十四五”發(fā)展方向
1. 加強茶樹及其野生近緣植物種質(zhì)資源的收集與保存目前全國大部分茶樹種質(zhì)資源圃還傾向于收集和保存大量茶樹育成品種或品系，同質(zhì)化明顯且遺傳多樣性相對較低，鮮有茶樹地方品種或野生近緣種的收集與保存。然而，近年來野生茶樹的茶葉制品被過度炒作，茶葉市場“野生茶”“古樹茶”需求劇增，導(dǎo)致部分茶樹野生近緣種群被過度采集，生境遭遇破壞。此外，茶樹良種的大面積推廣，也一定程度上壓縮了一些遺傳變異相對豐富的地方良種的生存空間，造成部分地方良種亦處于消失的邊緣。因此，今后在茶樹種質(zhì)資源的收集工作中，建議重視加大對茶樹地方品種和野生近緣種的收集與保存工作，特別是對一些生境已處于瀕臨破壞的資源重點進行搶救性收集和繁育，為今后茶樹遺傳育種奠定材料基礎(chǔ)。
2. 解析茶樹重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)以茶樹種質(zhì)資源收集為依托，進一步突破茶樹育種理論是實現(xiàn)茶樹高效育種的關(guān)鍵，其核心是加快重要農(nóng)藝性狀相關(guān)功能基因的發(fā)掘，解析茶樹重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)。基于基因型和表型數(shù)據(jù)進行大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)分析是目前解決該問題的有效途徑，然而不管是從資源的收集到核心種質(zhì)的構(gòu)建，還是從基因型和表型數(shù)據(jù)的獲取到生物信息數(shù)據(jù)的分析，還是從功能基因的驗證到品種的育成和推廣，均需凝聚各單位和各學(xué)科領(lǐng)域科研人員的力量。只有充分發(fā)揮領(lǐng)域和學(xué)科優(yōu)勢，才能力求在“十四五”闡明茶樹重要農(nóng)藝性狀形成的遺傳基礎(chǔ)，明確茶樹主要性狀的遺傳規(guī)律和相關(guān)基因的調(diào)控機制，這將有助于實現(xiàn)茶樹育種理論的重大突破，為定向培育優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、多抗的茶樹多元化新品種夯實理論基礎(chǔ)。
3. 進一步加強茶樹次生代謝合成、調(diào)控及生理功能研究近年來，雖然我國在茶樹次生代謝生物合成和調(diào)控方面取得長足進展，許多參與茶樹次生代謝合成的基因相繼克隆，相關(guān)代謝通路的解析也相對清楚，但其潛在的調(diào)控機理及生理功能仍然不清楚。茶樹富含兒茶素、咖啡堿、茶氨酸、揮發(fā)性香氣物質(zhì)等次生代謝物，除參與茶葉品質(zhì)形成外，其潛在的生理功能仍需探索。今后，茶樹次生代謝的研究應(yīng)充分整合多維度生物數(shù)據(jù)，在進一步發(fā)掘次生代謝合成相關(guān)新基因的基礎(chǔ)上，加大分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的解析，并探索次生代謝產(chǎn)物潛在的生理功能，特別是以健康和育種為導(dǎo)向，推進成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
4. 探究茶樹逆境響應(yīng)的新機理近年來，對茶樹抗逆生理生化和基因發(fā)掘的研究已取得可喜成績，但對其抗逆調(diào)控機制的研究尚處起步階段。因此，今后茶樹的抗逆研究仍需進一步加大茶樹抗逆基因的發(fā)掘及其調(diào)控機制的解析工作，尤其注重相關(guān)研究的廣度與深度，探究茶樹抗逆新基因，解析抗逆新機制，為茶樹抗逆育種和產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展夯實理論基礎(chǔ)。
5. 加強茶樹發(fā)育生物學(xué)研究近年來，隨著遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)相關(guān)知識和技術(shù)的快速積累，植物發(fā)育生物學(xué)得到了迅猛發(fā)展，特別是在植物開花、配子體發(fā)育、傳粉受精、胚胎發(fā)生、果實發(fā)育、根和莖端器官的發(fā)育方面取得了許多突破性進展。然而相比其他模式植物或園藝作物，茶樹的發(fā)育生物學(xué)研究進展也相對滯后。今后，茶樹發(fā)育生物學(xué)研究應(yīng)突出茶樹個體發(fā)育和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的特點，加大對茶樹重要組織器官發(fā)育規(guī)律和調(diào)控機理的研究，特別是針對茶樹葉用型的特點，加強茶樹芽葉形成、葉色轉(zhuǎn)變機理、表皮毛發(fā)育、根以及株型建成的研究，為更好理解并結(jié)合茶樹發(fā)育的特點，實現(xiàn)茶樹栽培和育種突破奠定理論基礎(chǔ)。
6. 加快茶樹遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立茶樹遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立應(yīng)借鑒其他作物成功的經(jīng)驗，整合全國相關(guān)單位組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢力量，在困擾當前茶樹遺傳轉(zhuǎn)化體系構(gòu)建的技術(shù)瓶頸，例如如何篩選合適的受體 (茶樹品種、組織器官、農(nóng)桿菌菌株等)，探索高效的轉(zhuǎn)化方法(農(nóng)桿菌介導(dǎo)、基因槍、納米負載等)，提高轉(zhuǎn)化效率，達到縮短茶樹遺傳轉(zhuǎn)化周期等技術(shù)上進行聯(lián)合攻關(guān)，力爭在短時間內(nèi)，建立茶樹高效、穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化體系，為茶樹功能基因組學(xué)研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供穩(wěn)定的遺傳學(xué)材料和理論支撐。
來源：中國茶葉
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