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茶香何处来?安农大揭开秘密

安农大破译中国种茶树全基因组“密码”
合肥在线  2018-04-26 07:40   稿源: 合肥在线-合肥晚报

  对于茶香,宋朝诗人释宝昙曾如此欣赏:鼻观舌根留不得,夜深还与梦魂飞。茶叶为何能散发如此独特的香气,一直是业界学者深究的问题。4月24日,记者从安徽农业大学获悉,该校研究团队已破解中国种茶树的全基因组信息,从而揭开了茶香之谜。

  日前,该项研究成果在《美国科学院院刊》上发表。这一发现,标志着我国茶树生物学基础研究取得重大突破。

  安农大破解中国种茶树全基因组信息

  安徽产茶且为名茶。茶学学科是安徽农业大学传统优势学科,为解茶之谜,安农大成立了茶树生物学与资源利用国家重点实验室。该实验室先后获批农业部、安徽省、教育部重点实验室,并于2015年获批为科技部和安徽省共建的国家重点实验室。不负众望,实验室先后构建了世界上首份茶树基因组BAC文库,完成了栽培茶树中的中国茶变种的全基因组序列草图;建立了国际首个茶叶化合物库;建立了茶树次生代谢物、茶叶质量安全相关检测技术与方法;建立了覆盖全国主要产茶省的茶树种质资源圃。

  4月24日,安农大再传捷报,该校茶树生物学与资源利用国家重点实验室宛晓春教授研究团队,联合深圳华大基因和中国科学院国家基因研究中心(上海)等相关研究团队,破解了世界上分布最广的中国种茶树的全基因组信息。相关成果以“基于全基因组测序探究中国种茶树基因组和品质相关基因的进化机制”为题,近期发表在《美国科学院院刊》。这标志着我国茶树生物学基础研究取得重大突破,而这些发现也首次从基因组层面系统阐述了茶叶中富含独特的风味物质之谜。

  茶树种与猕猴桃物种曾“血脉相连”

  在超市中,除了绿茶红茶,不少市民还看过一种名曰阿萨姆的茶饮料。没错,这不是厂商玩概念,确实存在这个茶种。记者从安农大获悉,世界主栽茶树分属两个变种:中国种和阿萨姆种。中国种叶小,分布广泛,适制绿茶等六种茶类;阿萨姆种叶大,主要分布在热带和冬季温暖的亚热带地区,适制红茶和普洱茶。安农大研究团队以国家级茶树品种舒茶早(中国种)为材料,用二代和三代测序技术对其进行测序,采取杂合组装策略,获得覆盖基因组93%区域的高质量序列草图,注释出33932个高可信度的茶树基因。

  “中国种基因组大小为3.1Gb,重复序列含量为64%。基因组组装完整性和质量高于同类其他植物的组装水平。”据安农大茶树生物学与资源利用国家重点实验室主任宛晓春介绍,茶树祖先种大约在8000万年前与亲缘关系最近的猕猴桃物种发生分化,继而又分化形成中国种和阿萨姆种。

  香气源于合成酶基因拷贝数扩增

  “神农尝百草,日遇七十二毒,得荼(茶)而解之”,我国以茶作为饮料的可信记录可推至公元前3世纪的商代,是世界上最古老的含咖啡因饮料,据信起源于中国的云南、四川等地。作为世界三大饮料植物之一,茶树叶片中合成积累丰富的儿茶素、茶氨酸、咖啡碱和萜烯类等次生代谢产物,赋予了茶叶独特的风味。

  茶香何处来?研究团队发现,茶树基因组曾发生过两次全基因组复制事件,最近一次发生在3000万至4000万年前,基因串联复制导致了与儿茶素类物质和咖啡碱生物合成相关的基因拷贝数显著增加。“简单点说,儿茶素的生物合成受到复杂的转录调控,参与茶氨酸合成的关键酶基因具有更多的合成酶活性。”在比较基因组分析后,研究团队发现,萜烯类等物质的合成酶基因拷贝数在茶树基因组中也发生显著扩增,“这些扩增有助于解释茶叶独特的香气,首次从基因组层面系统解开了茶叶中富含独特的风味物质之谜。”

  掌握了种茶树的基因,就好比打开了茶叶的“调味品”。借助基因信息,研究团队将有望“管理”茶叶的风味。“下一步将对山茶属植物的物种进化、茶叶风味物质形成机理与品种调控、分子育种、茶树物质资源保护与利用和茶的健康功能成分进行研究,从而在未来选育品性好的优良茶树品种。”

  记者乐天茵子

茶香何处来?安农大揭开秘密   编辑: 潘倩 返回合肥在线首页
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