Q: 為何要解析茶樹的基因組信息,？又為何有難度,？

A: 每個物種的基因組都是一個百科全書,，這本百科全書不是由文字組成，而是由ATGC四種堿基組成的序列,，這些序列從本質(zhì)上決定了每個生命個體的特征,，我們稱這些序列為遺傳物質(zhì)，就是可以一代代傳遞下去的物質(zhì),。比如人類的ABO三種血型就是由這一類的遺傳物質(zhì)決定,。

反映在茶樹基因組上也是同樣的道理，只有解析了茶樹的遺傳物質(zhì),，我們才能進一步的找到哪些基因控制了茶葉的生長狀態(tài),、控制了茶葉的口感。有了這些知識的積累,，我們在改良茶樹品種的時候才可以有針對性的選育茶樹優(yōu)良品種,，從而加速育種進程。

茶樹基因組組裝難度比較大，主要體現(xiàn)在三方面：1. 基因組龐大,。茶樹的預(yù)估基因組大小是30億對堿基（或者說3 Gb）,，跟人類的基因組大小差不多。當(dāng)年人類基因組計劃耗費了近10年的時間,、花費了30億美元,，6國科學(xué)家合作才完成。當(dāng)然,，得益于高通量測序技術(shù)的進步,，如果基因組組裝和測序的難度已經(jīng)極大簡化。但對于一個3 Gb的基因組仍然需要投入大量的經(jīng)費和資源才能完成,；2. 重復(fù)序列比例很高,。人類基因組的重復(fù)序列占整個基因組的45%左右，但茶樹的重復(fù)序列比例高達75%以上,。這些重復(fù)序列增加了計算資源的消耗,，也會引入大量的組裝錯誤。3. 兩套單倍型之間高度雜合,。我們先講下什么是單倍型啊,。我們?nèi)祟愑袃商兹旧w，一套來自于父親,，一套來自于母親,，其中每一套染色體就稱為單倍型。茶樹是二倍體,，也是存在兩套單倍型,。這茶樹的兩套單倍型跟人類的或者水稻這些常規(guī)的基因組又不一樣，茶樹的兩套單倍型差異很大,，我們稱為高度雜合,。這個主要是由于茶樹是自交不親和植物，自交不親和的意思是自己的花粉不能給自己受精從而繁育下一代,，必須與其他不同的品種進行雜交,。不同品種之間存在很大的遺傳多樣性，來自不同品種的單倍體進入子代后就會存在很大的差異,。

Q: 在鐵觀音的基因測序有哪些發(fā)現(xiàn),？

A: 除了方法學(xué)上的創(chuàng)新，還有如下幾個生物學(xué)發(fā)現(xiàn)：

1. 鐵觀音選育于清朝雍正年間,，距今已有約300年的栽培歷史,。長期的無性繁殖積累了大量基因突變，這些突變往往對其個體的生長發(fā)育和環(huán)境適應(yīng)性造成不良影響,。通過解析基因組,，我們可以找到鐵觀音中哪些基因發(fā)生了有害突變,，繼而通過雜交育種或現(xiàn)代分子育種的技術(shù)消除這些有害突變，維持其優(yōu)良品質(zhì),。

2. 通過群體遺傳學(xué)的技術(shù),，我們鑒定到一系列與茶樹優(yōu)良品質(zhì)相關(guān)的基因，比如小葉茶中兒茶素合成相關(guān)的F3’H,，大葉茶中咖啡因合成相關(guān)的XDH基因等,。在這些已有知識的指導(dǎo)下，我們可以通過基因組掃描的方法快速篩選哪些茶樹個體可能具有優(yōu)良的性狀,、具有良種的潛質(zhì),，對于加速育種效率具有重要意義。

3. 茶樹的生態(tài)防控在很大程度上依賴于選育抗性品種,。我們的研究成果顯示大量的次級代謝產(chǎn)物相關(guān)的基因在長期的人工馴化中起著重要作用,，例如R-檸檬烯、β羅勒烯合成通路的相關(guān)基因,。同理,，利用這些知識，我們可以快速篩選出來具有良好抗性的茶樹品種,，減少農(nóng)藥使用,，對于維護茶園生態(tài)安全具有重要作用,。

Q: 茶樹在演化和被馴化當(dāng)中經(jīng)歷了哪些變化,？哪些環(huán)境變化產(chǎn)生了巨大影響？

A: 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)

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，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(biāo),。

Q: 很多人都覺得“野生的好”,，人類馴化的茶樹和野生茶樹相比有什么優(yōu)勢、劣勢,？

A: 有些野生種質(zhì)資源確實有它的獨特的好處,，在某些特定的環(huán)境下形成了獨特代謝產(chǎn)物，對人類健康具有保健功效或者具有獨特的風(fēng)味,，這也是為什么人們會覺得“野生的好”,。但這些野生的種質(zhì)資源很少，產(chǎn)量低,，無法滿足人民日益增長的物質(zhì)需求,，因此才需要人類馴化。把這些優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源擴大培養(yǎng),，形成成熟的產(chǎn)品,，讓更多的人能品嘗優(yōu)質(zhì)的茶葉。這也是為什么要提倡保護野生種質(zhì)資源,，因為優(yōu)異的種質(zhì)資源一旦失去了,，我們可能很難再找回來了。

Q: 人類需要茶樹呈現(xiàn)哪些特性,？比如為何要變得更矮,？

A: 人們對茶葉的需求主要還是香氣,、滋味、湯色,、回甘,，保健效果，比如苦茶堿等保健成分的含量高,。不同的芽期,，從而可以在不同的季節(jié)都可以采摘，一年四季人們都可以有新鮮的茶葉品嘗,。

矮化也是一個重要的馴化性狀,。野生茶樹比較高大，采摘不方便,，需要爬高,，變矮就方便采摘，從而增加了產(chǎn)量,。

來源：

【云聽】茶樹幾百萬年來如何一路走進我們?nèi)缃竦牟璞?/a>