茶樹種質(zhì)資源研究“十三五”進(jìn)展及“十四五”發(fā)展方向

一、茶樹種質(zhì)資源研究“十三五”進(jìn)展

1.茶樹資源調(diào)查收集和保存

在茶樹資源調(diào)查方面，2015—2020年開展了第三次全國農(nóng)作物種質(zhì)資源普查與收集行動(dòng)。2010—2017年，對(duì)云南省12個(gè)地區(qū)58個(gè)縣（市）的古茶樹資源進(jìn)行了全面普查，共調(diào)查古茶樹資源分布點(diǎn)47個(gè)，記錄樣本2570株。對(duì)貴州省黔南州的茶樹種質(zhì)資源開展了調(diào)查工作，總結(jié)了黔南州茶樹資源分布區(qū)域、類型、農(nóng)藝性狀和適制性等，建立了茶樹資源數(shù)據(jù)庫。在江西省系統(tǒng)開展野生茶樹資源調(diào)查，明確了江西茶樹資源的分布和特點(diǎn)。對(duì)陜西安康市、漢中市12個(gè)地點(diǎn)的88份茶樹種質(zhì)資源主要表型性狀的遺傳多樣性進(jìn)行了研究。調(diào)查和收集了33份湖南莽山茶樹資源。在對(duì)海南島自然分布的野生茶樹資源全面開展調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，從種群徑級(jí)結(jié)構(gòu)、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(jìn)行了分析研究。此外，茶樹種質(zhì)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(jī)構(gòu)關(guān)注，并開展了深入的茶樹資源調(diào)查收集工作。

在茶樹資源收集、保存方面，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所“國家種質(zhì)杭州茶樹圃”和云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所“國家種質(zhì)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(gè)國家的野生茶樹、農(nóng)家品種、育成品種、引進(jìn)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(zhì)資源最豐富的基因庫。隨著多個(gè)地方政府、茶葉科研單位和企業(yè)對(duì)茶樹種質(zhì)資源的逐漸重視，一批地方茶樹種質(zhì)資源圃已建成或正在建設(shè)。我國也非常重視原生境保存，農(nóng)業(yè)農(nóng)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、云南勐海縣等地批準(zhǔn)建立了10余處國家級(jí)茶樹種質(zhì)資源原生境保護(hù)點(diǎn)。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所內(nèi)的國家種質(zhì)杭州茶樹圃

國家種質(zhì)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(duì)核基因組微衛(wèi)星（SSR）標(biāo)記對(duì)采自中國和印度的392份茶樹種質(zhì)資源開展了栽培馴化起源研究，研究結(jié)果表明茶樹表現(xiàn)出明顯的地理分布格局，推測(cè)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(nèi)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(cè)序策略進(jìn)行遺傳多樣性評(píng)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(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示野生型茶樹和栽培型茶樹出現(xiàn)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(xiàn)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(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，推動(dòng)了茶樹起源馴化和遺傳多樣性等重大基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究。發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jié)果支持了我國茶樹的西南起源假說。對(duì)來自世界不同國家和地區(qū)的共計(jì)139份代表性茶樹材料進(jìn)行的重測(cè)序結(jié)果表明，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(qiáng)烈的選擇。揭示了中國主要茶樹種質(zhì)資源以福鼎大白茶、鐵觀音等為骨干親本，并且茶樹種質(zhì)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(shù)分析，建立了茶樹資源收集保護(hù)的取樣策略和方法。

3.茶樹優(yōu)異資源的鑒定評(píng)價(jià)

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(chǔ)，對(duì)茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。以136個(gè)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(guān)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(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

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(píng)價(jià)和開發(fā)利用。在福建南部新發(fā)現(xiàn)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(xué)上具有明顯差異；代謝譜分析發(fā)現(xiàn)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、四沒食子酰基葡萄糖等特異成分。在福建還發(fā)現(xiàn)了同時(shí)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(xiàn)于加工后儲(chǔ)存一定時(shí)間的白茶等茶葉中。

4.茶樹種質(zhì)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(gè)等位基因，通過序列分析和定點(diǎn)突變，發(fā)現(xiàn)TCS1蛋白的第269位氨基酸對(duì)底物的選擇性和咖啡堿合成酶活性起著重要作用。利用關(guān)聯(lián)分析發(fā)掘了1個(gè)與咖啡堿含量相關(guān)的功能SNP位點(diǎn)，并成功開發(fā)了1個(gè)CAPS標(biāo)記。此外，從非咖啡堿為主的野生茶樹種質(zhì)資源——紅芽茶和可可茶中克隆出相應(yīng)的咖啡堿合成酶基因，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)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(xiàn)無咖啡堿的純合個(gè)體的TCS1都有1個(gè)TTC三堿基的插入，可以作為低咖啡堿性狀的篩選標(biāo)記。

何蓉蓉團(tuán)隊(duì)從云南苦茶中鑒定出3個(gè)N9-甲基轉(zhuǎn)移酶基因。此外，比較CkTcS在苦茶和普洱茶資源葉片中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該基因在苦茶中的表達(dá)量顯著高于普洱茶，推測(cè)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(xiàn)茶樹F3'5'H的基因型能解釋高達(dá)53.0%～74.3%的兒茶素指數(shù)的表型變異，表明F3'5'H是1個(gè)調(diào)控兒茶素合成的關(guān)鍵基因。

在構(gòu)建舒茶早基因組時(shí)，鑒定出1個(gè)新的調(diào)控茶氨酸生物合成關(guān)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(zhì)，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(gè)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(dá)水平顯著高于葉片。同源克隆得到9個(gè)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(yùn)輸中起到重要作用，該研究結(jié)果首次證實(shí)了CsAAP家族參與茶氨酸從根部向新梢的運(yùn)輸。

5.茶樹種質(zhì)資源的創(chuàng)新利用利用

優(yōu)異種質(zhì)資源培育新品種是我國茶樹育種研究的重要內(nèi)容。目前共育成無性系新品種近300個(gè)，其中系統(tǒng)選育品種超過70%。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所分別與浙江天臺(tái)、縉云、龍游等地合作，利用當(dāng)?shù)氐狞S葉茶特異資源育成了中黃1號(hào)、中黃2號(hào)、中黃3號(hào)等黃葉茶新品種，已取得了顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

隨著更多功能基因的發(fā)掘、新型分子標(biāo)記的開發(fā)及對(duì)主要性狀遺傳規(guī)律的深入解析，分子設(shè)計(jì)育種將成為園藝作物遺傳改良的主要方向。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(biāo)記，并應(yīng)用于種質(zhì)創(chuàng)制和分子標(biāo)記輔助選擇育種。在茶樹遺傳轉(zhuǎn)化及基因編輯等技術(shù)上，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位進(jìn)行了持續(xù)探索和攻關(guān)，基因編輯技術(shù)已應(yīng)用于茶樹基因的功能驗(yàn)證。

二、茶樹種質(zhì)資源研究領(lǐng)域存在的問題

1.茶樹資源收集保存不夠系統(tǒng)

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(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)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(dǎo)致自然種群數(shù)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(xiǎn)。當(dāng)前我國保存的國外茶樹資源數(shù)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(qiáng)國際合作，收集引進(jìn)國外的茶樹種質(zhì)資源。

2.對(duì)茶樹種質(zhì)資源缺乏精準(zhǔn)深入的鑒定評(píng)價(jià)，對(duì)重要農(nóng)藝性狀形成的規(guī)律認(rèn)識(shí)不清

茶樹重要農(nóng)藝性狀精準(zhǔn)鑒定尚處起步階段，對(duì)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(duì)珍稀、野生茶樹資源的鑒定評(píng)價(jià)較少、深度不夠，這限制了茶樹種質(zhì)資源的廣泛利用，造成在育種上進(jìn)度緩慢、優(yōu)良新種質(zhì)少的現(xiàn)象。

同時(shí)，探明茶葉功能性成分及其醫(yī)學(xué)保健功效，需在綜合性交叉領(lǐng)域開展具有戰(zhàn)略導(dǎo)向性的基礎(chǔ)研究，涉及化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)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(zhì)、抗性、發(fā)育等重要性狀的遺傳規(guī)律和調(diào)控機(jī)制多不明確，導(dǎo)致當(dāng)前茶樹種質(zhì)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(gè)不同資源染色體級(jí)別的參考基因組，但茶組植物內(nèi)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(zhì)資源整體變異豐富，但研究中發(fā)現(xiàn)資源圃中收集的栽培種茶樹遺傳變異較小，需進(jìn)一步構(gòu)建更加科學(xué)合理的茶樹核心種質(zhì)，最大程度地代表整個(gè)資源的遺傳多樣性，提高資源的鑒定和發(fā)掘效率。同時(shí)由于茶樹遺傳背景復(fù)雜，不同研究對(duì)茶樹是否經(jīng)歷馴化的結(jié)論明顯不一致，因此今后相關(guān)研究在選擇實(shí)驗(yàn)材料上要更加注重準(zhǔn)確性和代表性。

3.對(duì)茶樹種質(zhì)資源的發(fā)掘利用不夠充分

茶樹資源中具有重要應(yīng)用價(jià)值的基因挖掘和利用不夠深入，對(duì)育種研究的支撐作用還有待提升，如同時(shí)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(yīng)用于茶樹品種的遺傳改良。尚未建立起創(chuàng)新種質(zhì)中優(yōu)異基因快速檢測(cè)、轉(zhuǎn)移、聚合和追蹤的技術(shù)體系，對(duì)重要經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)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(zhuǎn)基因技術(shù)體系和成熟的基因編輯技術(shù)體系，導(dǎo)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(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需的優(yōu)異新種質(zhì)

茶樹種質(zhì)創(chuàng)新現(xiàn)以常規(guī)雜交等傳統(tǒng)方法為主，存在效率低、盲目性大等技術(shù)瓶頸，加上缺乏早期鑒定技術(shù)，導(dǎo)致研發(fā)周期長，茶樹種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育進(jìn)展相對(duì)緩慢，尚不能滿足茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)新品種的需求。近年茶產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭逐漸加劇，對(duì)機(jī)采、多元化和專用特異茶樹品種需求迫切。當(dāng)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(zhì)資源研究“十四五”重點(diǎn)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(kuò)建高水平茶樹資源圃，增加資源保存數(shù)量和提高管理利用水平的同時(shí)，要繼續(xù)加強(qiáng)茶樹種質(zhì)資源的收集和保存，加快查清茶樹種質(zhì)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(diào)查、收集，確保茶樹資源不喪失。系統(tǒng)開展瀕危資源的調(diào)查和收集，解析其生存狀況和瀕危機(jī)制，建立異位和原生境保護(hù)相結(jié)合的保護(hù)體系。要加快完善國外資源的引進(jìn)和保存體系，有針對(duì)性地引進(jìn)各種具有育種和科學(xué)研究價(jià)值的茶樹資源。

2.加快茶樹資源的精準(zhǔn)、高通量鑒定評(píng)價(jià)

要根據(jù)保存資源的特性和研究需要進(jìn)一步構(gòu)建更加科學(xué)的茶樹核心種質(zhì)，濃縮茶樹資源的遺傳多樣性。構(gòu)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(xiàn)的野生近緣種）的泛基因組圖譜，開展茶樹起源與種質(zhì)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(guān)系。通過表型組學(xué)、代謝組學(xué)、基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組等多組學(xué)的研究，高通量和規(guī)?；b定茶樹核心種質(zhì)的表型、代謝物、基因型和基因表達(dá)，建立茶樹生物多組學(xué)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)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(gòu)成提供基礎(chǔ)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(duì)農(nóng)藝和品質(zhì)性狀開展精準(zhǔn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用全基因組水平的高通量基因分型技術(shù)，深入剖析重要性狀的遺傳結(jié)構(gòu)，分離關(guān)鍵基因并開展深入的功能分析，探索重要性狀決定或調(diào)控的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)，并開發(fā)基于功能基因的分子標(biāo)記，建立優(yōu)異茶樹種質(zhì)資源的早期篩選與鑒定技術(shù)體系。

3.針對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和消費(fèi)者需求加快茶樹種質(zhì)的創(chuàng)新利用

由于茶樹種質(zhì)創(chuàng)新利用的長期性，要瞄準(zhǔn)未來10～20年茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)以滿足消費(fèi)者的需求為目標(biāo)開展新種質(zhì)創(chuàng)制。以“多元化利用”“輕簡省力”“節(jié)本增效”“提升質(zhì)量安全”“具有地方特色”等為目標(biāo)，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(jī)采、營養(yǎng)高效、優(yōu)質(zhì)多抗、滿足地方茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求且綜合性狀優(yōu)良、育種利用價(jià)值高的突破性新種質(zhì)。規(guī)模化發(fā)掘優(yōu)異基因和攜帶優(yōu)異等位基因的種質(zhì)，研究優(yōu)異新種質(zhì)多基因聚合技術(shù)，利用遠(yuǎn)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(jīng)驗(yàn)，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(shù)加快幼年茶樹生長、嫩枝嫁接、分子標(biāo)記篩選等技術(shù)手段，將傳統(tǒng)雜交與現(xiàn)代生物技術(shù)和分子標(biāo)記輔助選擇等有機(jī)整合，有效縮短育種周期和提高茶樹種質(zhì)創(chuàng)制效率。同時(shí)，通過嫁接擴(kuò)大早期穗條數(shù)量、扦插時(shí)使用激素等技術(shù)措施加快新種質(zhì)的繁育與利用。通過協(xié)作攻關(guān)建立起高效的茶樹遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，研發(fā)適用茶樹的基因編輯載體，通過基因編輯技術(shù)定向創(chuàng)制新種質(zhì)，進(jìn)而快速改良茶樹重要農(nóng)藝性狀，加速育種進(jìn)程。探索野生茶樹的快速從頭馴化，為未來創(chuàng)制品質(zhì)優(yōu)、功能成分特異和抗性強(qiáng)的突破性茶樹新種質(zhì)開辟新的研究方向。

4.建立起全國協(xié)作的茶樹種質(zhì)資源研究和利用體系

首先，需要穩(wěn)定一支多學(xué)科交叉的從事茶樹資源研究的人才隊(duì)伍，建立從資源收集保存、鑒定評(píng)價(jià)到創(chuàng)新利用等多方面的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)，全面提升我國茶樹資源的研究水平。同時(shí)，需要加快茶樹種質(zhì)資源共享平臺(tái)的建設(shè)，建立茶樹種質(zhì)資源性狀信息、分子數(shù)據(jù)和載體品種等信息數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)資源整合、保護(hù)、共享和利用。加強(qiáng)茶樹繁育、生產(chǎn)企業(yè)與茶葉科研單位、高等院校等公益性單位的聯(lián)合協(xié)作，通過資源共享、人員共享和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(nèi)容詳見《中國茶葉》2021年第9期，P42-49，《茶樹種質(zhì)資源研究“十三五”進(jìn)展及“十四五”發(fā)展方向》，作者：金基強(qiáng)，張晨禹，馬建強(qiáng)，陳亮。

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