茶樹是我國重要的經(jīng)濟作物。高度雜合的二倍體茶樹，其參考基因組的組裝結(jié)果混雜了雙親等位基因組的嵌合序列，盡管這樣的組裝便于比較和分析數(shù)據(jù)，但都忽略了可能具有潛在生物學(xué)功能并影響高度雜合基因組質(zhì)量的等位基因變異。迄今為止，已在舒茶早、龍井43、碧云等綠茶品種上組裝了高質(zhì)量的染色體級別基因組，但未見烏龍茶品種基因組研究報道。
黃旦，又名黃棪、黃金桂，是福建省主栽的優(yōu)良茶樹品種，于1985年通過全國農(nóng)作物品種審定委員會的認(rèn)定(編號：GS13008-1985);2018年通過國家非主要農(nóng)作物品種登記(GPD茶樹(2018)350003)。黃旦不僅是國家烏龍茶新品種選育的對照種，而且作為高香優(yōu)質(zhì)骨干親本，已培育出一系列優(yōu)良的雜交種，包括包括茗科1號(編號：國審茶2002017)、黃觀音(編號：國審茶2002015)、黃奇(國審茶2002018)、金牡丹(編號：國品鑒茶2010024)、黃玫瑰(編號：國品鑒茶2010025)、瑞香(編號：國品鑒茶2010017)紫玫瑰(編號：閩審2005003)、春閨(編號：閩審2015001)、金茗早(新品系)等。黃棪作為高香優(yōu)質(zhì)的骨干親本，在我國茶樹育種中具有極高的代表性。
近日， Horticulture Research在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)葉乃興教授團隊和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張興坦研究員團隊題為Genetic basis of high aroma and stress tolerance in the oolong tea cultivar genome的研究論文。該文章通過PacBio CCS和Hi-C測序結(jié)合ALLHiC算法，首次組裝獲得烏龍茶品種‘黃旦’的二倍體染色體級別基因組與兩套單體型染色體級別基因組。
該研究獲得了國家級烏龍茶品種黃旦的二倍體染色體級別參考基因組，大小為2.94Gb，與使用流式細(xì)胞儀的測定結(jié)果一致。黃旦基因組的雜合度為2.79%-3.40%，contig N50達到2.61Mb，LAI值為16.16，BUSCO指數(shù)為95.0%，注釋獲得43779個蛋白質(zhì)編碼基因，70.75%的黃旦基因組序列被注釋為重復(fù)序列。黃旦與古茶樹DASZ之間具有最多的結(jié)構(gòu)變異注釋基因，而烏龍茶品種黃旦與綠茶品種舒茶早和龍井43間的結(jié)構(gòu)變異注釋基因與香氣途徑相關(guān)，表明結(jié)構(gòu)變異可能影響黃旦的高香品種特性。
Fig. 4: Analysis of SVs and related genes.
結(jié)合SV、轉(zhuǎn)錄組和揮發(fā)物測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)TPS家族基因的結(jié)構(gòu)變異、廣泛且特異地高表達是黃旦品種高香特性的分子基礎(chǔ)。該研究通過比較基因組學(xué)觀察到低溫調(diào)控核心因子CBF在茶樹染色體上的串聯(lián)進化模式。
Fig. 6: Phylogenetic and tissue expression analysis of TPS genes from HD and SCZ.
此外，獲得高雜合性茶樹的兩組單體型基因組HA和HB，總共包含30條假染色體，其中HA長度為2.90Gb，HB為2.97Gb。BUSCO分析表明，HA和HB分別注釋87.7%和85.9%的保守單拷貝基因，而完整的BUSCO基因的注釋率為95.2%。兩組單體型基因組存在大量遺傳變異，包括2357萬個SNP，114萬個插入和113萬個缺失。59.38%(26000/43779)的編碼基因可定義為等位基因，平均相似度為92.6%，Ka/Ks比為0.61。
黃旦高質(zhì)量單體型基因組和二倍體基因組具有豐富的遺傳信息，可為茶樹的功能基因組學(xué)研究與精確分子育種奠定基礎(chǔ)。
基因組和轉(zhuǎn)錄組的原始數(shù)據(jù)和注釋數(shù)據(jù)均已上傳國家基因組信息中心網(wǎng)站https://bigd.big.ac.cn/，總編號為PRJCA003382。
此外，可通過百度云網(wǎng)盤下載，鏈接：https://pan.baidu.com/s/1R89umQRTmWpRSOow-4L3vA，提取碼：fafu。
福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)福建省高校重點實驗室的葉乃興教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張興坦研究員為該論文的共同通訊作者，福建農(nóng)林大學(xué)2018級博士研究生王鵬杰和2019級碩士研究生余嘉鑫為該論文的共同第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)楊江帆教授、金珊講師/博士、岳川副教授、高水練副教授、孫云教授、郭玉瓊教授、2018級碩士研究生陳帥也參與了該項研究。
該研究是在福建省“2011協(xié)同創(chuàng)新中心”中國烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心專項(閩教科〔2015〕75號)、安溪茶葉重大科技創(chuàng)新專項、國家自然科學(xué)基金(31701874)、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(茶葉)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金項目(CARS-19)等項目的資助下完成。
通訊作者簡介
葉乃興，福建農(nóng)林大學(xué)教授，茶學(xué)學(xué)科主任，中國茶葉學(xué)會學(xué)術(shù)工作委員會委員，長期從事茶樹栽培育種與茶葉品質(zhì)化學(xué)研究，參與育成金觀音、黃觀音、金牡丹、悅茗香、紫牡丹、黃奇等國家級茶樹優(yōu)良品種;主編規(guī)劃教材2部，主編出版《白茶科學(xué)?技術(shù)與市場》《中國烏龍茶種質(zhì)資源利用與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究》《福州茉莉花與茶文化系統(tǒng)研究》等茶學(xué)書著;在國內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇;獲得福建省科學(xué)技術(shù)二等獎3項、三等獎2項;授權(quán)發(fā)明專利11件。榮獲中華優(yōu)秀茶教師、張?zhí)旄２枞~發(fā)展貢獻獎、閩茶之星等榮譽稱號。
原標(biāo)題：
茶葉科技進展 | 福建農(nóng)林大學(xué)葉乃興教授團隊揭示高香優(yōu)質(zhì)烏龍茶品種‘黃旦’的單體型和二倍體參考基因組
來源：中國茶葉學(xué)會
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