茶樹種質資源研究“十三五”進展及“十四五”發(fā)展方向

一、茶樹種質資源研究“十三五”進展

1.茶樹資源調查收集和保存

在茶樹資源調查方面，2015—2020年開展了第三次全國農作物種質資源普查與收集行動。2010—2017年，對云南省12個地區(qū)58個縣（市）的古茶樹資源進行了全面普查，共調查古茶樹資源分布點47個，記錄樣本2570株。對貴州省黔南州的茶樹種質資源開展了調查工作，總結了黔南州茶樹資源分布區(qū)域、類型、農藝性狀和適制性等，建立了茶樹資源數據庫。在江西省系統開展野生茶樹資源調查，明確了江西茶樹資源的分布和特點。對陜西安康市、漢中市12個地點的88份茶樹種質資源主要表型性狀的遺傳多樣性進行了研究。調查和收集了33份湖南莽山茶樹資源。在對海南島自然分布的野生茶樹資源全面開展調查工作的基礎上，從種群徑級結構、靜態(tài)生命表、存活曲線等種群特征方面，以及野生茶種群空間分布格局與分布特征方面進行了分析研究。此外，茶樹種質資源豐富或具有代表性茶組植物的區(qū)域，如云南云縣白鶯山、麻栗坡等逐漸被茶葉科研機構關注，并開展了深入的茶樹資源調查收集工作。

在茶樹資源收集、保存方面，中國農業(yè)科學院茶葉研究所“國家種質杭州茶樹圃”和云南省農業(yè)科學院茶葉研究所“國家種質勐海茶樹分圃”分別保存中小葉茶和大葉茶資源。目前兩圃已收集保存了9個國家的野生茶樹、農家品種、育成品種、引進品種、育種材料、珍稀資源與近緣植物等3700多份，包含了山茶屬茶組植物所有的種與變種，是全球茶組植物遺傳多樣性涵蓋量最大、種質資源最豐富的基因庫。隨著多個地方政府、茶葉科研單位和企業(yè)對茶樹種質資源的逐漸重視，一批地方茶樹種質資源圃已建成或正在建設。我國也非常重視原生境保存，農業(yè)農村部先后在廣西融水縣、貴州普安縣、云南寧洱縣、海南五指山市、云南勐?？h等地批準建立了10余處國家級茶樹種質資源原生境保護點。

中國農業(yè)科學院茶葉研究所內的國家種質杭州茶樹圃

國家種質大葉茶樹資源圃（勐海）

2.茶樹起源馴化與遺傳多樣性

利用23對核基因組微衛(wèi)星（SSR）標記對采自中國和印度的392份茶樹種質資源開展了栽培馴化起源研究，研究結果表明茶樹表現出明顯的地理分布格局，推測中國東部和南部地區(qū)很有可能是小葉茶的栽培馴化中心，而云南西部或南部與印度阿薩姆地區(qū)分別是中國大葉茶和印度大葉茶可能的栽培馴化中心。貴州位于中國的西南地區(qū)，境內分布著大量的茶組植物資源。以分布于貴州全境的415份茶樹資源為材料，利用GBS簡化基因組測序策略進行遺傳多樣性評估，顯示栽培型茶樹的多態(tài)性要明顯高于野生型，最適宜茶樹生長區(qū)域的資源遺傳多樣性要高于次適宜區(qū)和不適宜區(qū)。遺傳結構分析結果顯示野生型茶樹和栽培型茶樹出現明顯的遺傳差異，遺傳變異分析顯示野生型茶樹與栽培型茶樹有著較高的遺傳分化，而栽培型古茶樹和現代地方品種間遺傳分化較小。

“十三五”期間，我國在茶樹基因組研究領域取得了重要進展，推動了茶樹起源馴化和遺傳多樣性等重大基礎科學問題的研究。發(fā)現栽培茶樹與獼猴桃的物種分化發(fā)生在8000萬年前，而茶樹原變種與阿薩姆變種的物種分化發(fā)生在38萬～154萬年前。發(fā)現81份資源被清晰地分為阿薩姆變種、茶原變種和野生種，該結果支持了我國茶樹的西南起源假說。對來自世界不同國家和地區(qū)的共計139份代表性茶樹材料進行的重測序結果表明，相比阿薩姆變種，茶樹原變種中與風味相關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。揭示了中國主要茶樹種質資源以福鼎大白茶、鐵觀音等為骨干親本，并且茶樹種質資源間基因交流頻繁，遺傳多樣性豐富。此外，還基于遺傳多樣性參數分析，建立了茶樹資源收集保護的取樣策略和方法。

3.茶樹優(yōu)異資源的鑒定評價

優(yōu)異茶樹資源的發(fā)掘是資源研究的目的，是開展品種改良的基礎，對茶產業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。以136個代表性茶樹資源為材料，深入解析了栽培種茶樹群體與特殊代謝物之間的關系，黃烷醇、黃酮醇單/雙糖苷、原花青素二聚體等酚類代謝物為阿薩姆變種的特征代謝成分，該研究為闡明茶樹中特殊代謝物的多樣性形成機理奠定了基礎。

我國茶樹資源非常豐富，特別是野生茶樹資源中常富含特異功能成分，亟待收集保存、鑒定評價和開發(fā)利用。在福建南部新發(fā)現一類低咖啡堿資源紅芽茶，與南昆山毛葉茶相比，紅芽茶在形態(tài)學上具有明顯差異；代謝譜分析發(fā)現紅芽茶資源基本不含咖啡堿，富含可可堿，順式兒茶素EGCG等含量低、GCG等反式兒茶素含量高，并且含有常規(guī)栽培茶樹缺乏的原花青素GC-GCG、四沒食子?；咸烟堑忍禺惓煞帧Ｔ诟＝ㄟ€發(fā)現了同時富含苦茶堿、甲基化EGCG的禿房茶資源——白芽茶。在廣西白毛茶和云南昔歸古樹茶等茶樹資源中，鑒定出了C-8N-乙基-2-吡咯烷酮取代的黃烷-3-醇類代謝物，該類化合物之前只發(fā)現于加工后儲存一定時間的白茶等茶葉中。

4.茶樹種質資源的優(yōu)異基因發(fā)掘

克隆了茶樹咖啡堿合成酶1（TCS1）的6個等位基因，通過序列分析和定點突變，發(fā)現TCS1蛋白的第269位氨基酸對底物的選擇性和咖啡堿合成酶活性起著重要作用。利用關聯分析發(fā)掘了1個與咖啡堿含量相關的功能SNP位點，并成功開發(fā)了1個CAPS標記。此外，從非咖啡堿為主的野生茶樹種質資源——紅芽茶和可可茶中克隆出相應的咖啡堿合成酶基因，發(fā)現相應的重組蛋白只有可可堿合成酶活性而無咖啡堿合成酶活性。發(fā)現無咖啡堿的純合個體的TCS1都有1個TTC三堿基的插入，可以作為低咖啡堿性狀的篩選標記。

何蓉蓉團隊從云南苦茶中鑒定出3個N9-甲基轉移酶基因。此外，比較CkTcS在苦茶和普洱茶資源葉片中的轉錄表達結果發(fā)現，該基因在苦茶中的表達量顯著高于普洱茶，推測這可能是造成苦茶堿含量在兩種植物中差異顯著的重要原因。通過研究2種不同遺傳背景的群體（自然群體和F1分離群體）的基因型及兒茶素含量，發(fā)現茶樹F3'5'H的基因型能解釋高達53.0%～74.3%的兒茶素指數的表型變異，表明F3'5'H是1個調控兒茶素合成的關鍵基因。

在構建舒茶早基因組時，鑒定出1個新的調控茶氨酸生物合成關鍵酶基因CsTSI（Theaninesynthetase），證明了CsTSI具有體外合成茶氨酸的酶活性。乙胺作為茶氨酸的合成前體物質，在茶樹根部由丙氨酸脫羧酶將丙氨酸脫去羧基生成。從茶樹中克隆出1個新的絲氨酸脫羧酶（SDC）基因，并被命名為丙氨酸脫羧酶基因（CsAlaDC）。該基因能夠催化丙氨酸脫羧，在茶樹根部的表達水平顯著高于葉片。同源克隆得到9個茶樹氨基酸跨膜家族基因（CsAAPs），其中CsAAP1在茶氨酸從茶樹根部向地上部運輸中起到重要作用，該研究結果首次證實了CsAAP家族參與茶氨酸從根部向新梢的運輸。

5.茶樹種質資源的創(chuàng)新利用利用

優(yōu)異種質資源培育新品種是我國茶樹育種研究的重要內容。目前共育成無性系新品種近300個，其中系統選育品種超過70%。中國農業(yè)科學院茶葉研究所分別與浙江天臺、縉云、龍游等地合作，利用當地的黃葉茶特異資源育成了中黃1號、中黃2號、中黃3號等黃葉茶新品種，已取得了顯著的社會和經濟效益。

隨著更多功能基因的發(fā)掘、新型分子標記的開發(fā)及對主要性狀遺傳規(guī)律的深入解析，分子設計育種將成為園藝作物遺傳改良的主要方向。中國農業(yè)科學院茶葉研究所等單位開發(fā)出了鑒定高花青素、低咖啡堿、高苦茶堿和高二羥基兒茶素等性狀的功能標記，并應用于種質創(chuàng)制和分子標記輔助選擇育種。在茶樹遺傳轉化及基因編輯等技術上，華南農業(yè)大學、湖南農業(yè)大學等單位進行了持續(xù)探索和攻關，基因編輯技術已應用于茶樹基因的功能驗證。

二、茶樹種質資源研究領域存在的問題

1.茶樹資源收集保存不夠系統

由于受到市場追捧，野生茶樹被直接采挖或過度采摘死亡，以及毀林種茶現象時有發(fā)生，同時野生茶資源因自身遺傳特性限制，有性繁殖和無性繁殖都比較困難，其自然居群更新程度低，導致自然種群數量不斷減少，我國一些珍稀野生茶樹資源正逐漸變得稀少。此外，近年來優(yōu)良無性系品種的大面積推廣，一些特色地方群體品種已面臨丟失的危險。當前我國保存的國外茶樹資源數量較少，特別是缺乏老撾、緬甸、越南、印度東北部等南亞和東南亞的野生茶組植物，因此需要加強國際合作，收集引進國外的茶樹種質資源。

2.對茶樹種質資源缺乏精準深入的鑒定評價，對重要農藝性狀形成的規(guī)律認識不清

茶樹重要農藝性狀精準鑒定尚處起步階段，對抗逆性和生化成分等的鑒定能力需要提升，缺乏高精度的變異組圖譜，特別是對珍稀、野生茶樹資源的鑒定評價較少、深度不夠，這限制了茶樹種質資源的廣泛利用，造成在育種上進度緩慢、優(yōu)良新種質少的現象。

同時，探明茶葉功能性成分及其醫(yī)學保健功效，需在綜合性交叉領域開展具有戰(zhàn)略導向性的基礎研究，涉及化學、生物學、醫(yī)學等眾多學科領域的交叉與綜合。長期以來，受困于茶樹生長周期長、一些性狀受到環(huán)境的影響較大等因素，控制品質、抗性、發(fā)育等重要性狀的遺傳規(guī)律和調控機制多不明確，導致當前茶樹種質創(chuàng)新利用有很大的盲目性和隨意性。

此外，茶樹雖已有6個不同資源染色體級別的參考基因組，但茶組植物內遺傳變異大，很多決定特異功能組分和性狀的基因在栽培茶樹中不存在。茶樹種質資源整體變異豐富，但研究中發(fā)現資源圃中收集的栽培種茶樹遺傳變異較小，需進一步構建更加科學合理的茶樹核心種質，最大程度地代表整個資源的遺傳多樣性，提高資源的鑒定和發(fā)掘效率。同時由于茶樹遺傳背景復雜，不同研究對茶樹是否經歷馴化的結論明顯不一致，因此今后相關研究在選擇實驗材料上要更加注重準確性和代表性。

3.對茶樹種質資源的發(fā)掘利用不夠充分

茶樹資源中具有重要應用價值的基因挖掘和利用不夠深入，對育種研究的支撐作用還有待提升，如同時具有低咖啡堿、高縮合單寧等優(yōu)異性狀的特異資源南昆山毛葉茶等長期以來未能應用于茶樹品種的遺傳改良。尚未建立起創(chuàng)新種質中優(yōu)異基因快速檢測、轉移、聚合和追蹤的技術體系，對重要經濟性狀進行遺傳改良存在著親本選配盲目、鑒定周期長、成本高等問題。此外，由于缺乏高效的茶樹轉基因技術體系和成熟的基因編輯技術體系，導致茶樹的研發(fā)能力明顯滯后于柑橘、蘋果等其他木本園藝植物。

4.缺乏茶產業(yè)發(fā)展亟需的優(yōu)異新種質

茶樹種質創(chuàng)新現以常規(guī)雜交等傳統方法為主，存在效率低、盲目性大等技術瓶頸，加上缺乏早期鑒定技術，導致研發(fā)周期長，茶樹種質創(chuàng)新和新品種選育進展相對緩慢，尚不能滿足茶產業(yè)快速發(fā)展對新品種的需求。近年茶產業(yè)同質化競爭逐漸加劇，對機采、多元化和專用特異茶樹品種需求迫切。當前，除葉色變異（白化、黃化和紫化）和高茶氨酸等新品種外，其他類型的專用、特異品種較少。

三、茶樹種質資源研究“十四五”重點發(fā)展方向

1.加大珍稀、瀕危、特有、地方特色與國外茶樹資源的收集保存

在擴建高水平茶樹資源圃，增加資源保存數量和提高管理利用水平的同時，要繼續(xù)加強茶樹種質資源的收集和保存，加快查清茶樹種質資源具體情況，加大珍稀、瀕危、特有資源與地方特色品種收集力度，特別要重視茶樹野生近緣種的調查、收集，確保茶樹資源不喪失。系統開展瀕危資源的調查和收集，解析其生存狀況和瀕危機制，建立異位和原生境保護相結合的保護體系。要加快完善國外資源的引進和保存體系，有針對性地引進各種具有育種和科學研究價值的茶樹資源。

2.加快茶樹資源的精準、高通量鑒定評價

要根據保存資源的特性和研究需要進一步構建更加科學的茶樹核心種質，濃縮茶樹資源的遺傳多樣性。構建含更多代表性茶組植物（特別是尚未開展深入研究和新發(fā)現的野生近緣種）的泛基因組圖譜，開展茶樹起源與種質資源多樣性研究，闡明野生種、地方品種和育成品種的演化關系。通過表型組學、代謝組學、基因組學、轉錄組學、蛋白組等多組學的研究，高通量和規(guī)模化鑒定茶樹核心種質的表型、代謝物、基因型和基因表達，建立茶樹生物多組學數據庫，構建茶樹的遺傳變異圖譜，揭示茶樹遺傳變異的主要形式，為解析多基因控制性狀的遺傳構成提供基礎工具。選擇遺傳背景和性狀差異明顯的茶組植物建立遺傳分離群體，在對農藝和品質性狀開展精準評價的基礎上，利用全基因組水平的高通量基因分型技術，深入剖析重要性狀的遺傳結構，分離關鍵基因并開展深入的功能分析，探索重要性狀決定或調控的遺傳學基礎及網絡，并開發(fā)基于功能基因的分子標記，建立優(yōu)異茶樹種質資源的早期篩選與鑒定技術體系。

3.針對產業(yè)發(fā)展趨勢和消費者需求加快茶樹種質的創(chuàng)新利用

由于茶樹種質創(chuàng)新利用的長期性，要瞄準未來10～20年茶產業(yè)的發(fā)展趨勢，同時以滿足消費者的需求為目標開展新種質創(chuàng)制。以“多元化利用”“輕簡省力”“節(jié)本增效”“提升質量安全”“具有地方特色”等為目標，高效創(chuàng)制功能成分特異、適合開發(fā)新興茶飲料和超微茶粉、適合機采、營養(yǎng)高效、優(yōu)質多抗、滿足地方茶產業(yè)發(fā)展需求且綜合性狀優(yōu)良、育種利用價值高的突破性新種質。規(guī)?；l(fā)掘優(yōu)異基因和攜帶優(yōu)異等位基因的種質，研究優(yōu)異新種質多基因聚合技術，利用遠緣雜交發(fā)掘利用野生近緣種中的優(yōu)異基因。借鑒蘋果、柿子、柑橘、桃等果樹上的成功經驗，使用胚培養(yǎng)、培養(yǎng)箱促使種子提早出苗、高效肥培管理技術加快幼年茶樹生長、嫩枝嫁接、分子標記篩選等技術手段，將傳統雜交與現代生物技術和分子標記輔助選擇等有機整合，有效縮短育種周期和提高茶樹種質創(chuàng)制效率。同時，通過嫁接擴大早期穗條數量、扦插時使用激素等技術措施加快新種質的繁育與利用。通過協作攻關建立起高效的茶樹遺傳轉化技術體系，研發(fā)適用茶樹的基因編輯載體，通過基因編輯技術定向創(chuàng)制新種質，進而快速改良茶樹重要農藝性狀，加速育種進程。探索野生茶樹的快速從頭馴化，為未來創(chuàng)制品質優(yōu)、功能成分特異和抗性強的突破性茶樹新種質開辟新的研究方向。

4.建立起全國協作的茶樹種質資源研究和利用體系

首先，需要穩(wěn)定一支多學科交叉的從事茶樹資源研究的人才隊伍，建立從資源收集保存、鑒定評價到創(chuàng)新利用等多方面的協作網絡，全面提升我國茶樹資源的研究水平。同時，需要加快茶樹種質資源共享平臺的建設，建立茶樹種質資源性狀信息、分子數據和載體品種等信息數據庫，促進資源整合、保護、共享和利用。加強茶樹繁育、生產企業(yè)與茶葉科研單位、高等院校等公益性單位的聯合協作，通過資源共享、人員共享和實驗平臺共享，加快茶樹新品種的培育和推廣力度。

本文有刪節(jié)，具體內容詳見《中國茶葉》2021年第9期，P42-49，《茶樹種質資源研究“十三五”進展及“十四五”發(fā)展方向》，作者：金基強，張晨禹，馬建強，陳亮。

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