良種是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，一個品種能造就一個產(chǎn)業(yè)。因此，選育優(yōu)良茶樹品種是推動茶產(chǎn)業(yè)多元化、現(xiàn)代化、效益化的根本保障。本期主要對2022年度茶樹重要性狀的遺傳調(diào)控機制、茶樹育種技術(shù)以及茶樹品種登記授權(quán)情況進行總結(jié)概述，為今后茶樹遺傳育種研究及新品種選育提供參考。
一、茶樹遺傳學(xué)研究進展
1. 茶樹重要性狀的調(diào)控機制解析及關(guān)鍵基因挖掘
2022年，通過轉(zhuǎn)錄組、同源和異源轉(zhuǎn)化、分子互作等研究方式，大量與茶樹抗逆、物質(zhì)代謝、生長發(fā)育相關(guān)的遺傳調(diào)控機制及關(guān)鍵作用基因獲得解析，為培育優(yōu)良茶樹新品種提供了豐富的基因資源。
抗逆是茶樹重要的育種目標(biāo)性狀。研究發(fā)現(xiàn)，miR319a靶向抑制轉(zhuǎn)錄因子CsTCP10基因表達而減弱茶樹對輪斑病的防御抵制;CsWRKY4和CsOCP3與CsICE1相互作用，調(diào)控CsCBF1/3基因表達，從而介導(dǎo)茶樹的多種逆境脅迫響應(yīng);茶樹CsWRKY29和CsWRKY37轉(zhuǎn)錄因子具有提高植物抗寒性的功能作用;茶樹CsNAC28作為ABA響應(yīng)元件結(jié)合因子CsABF2下游的轉(zhuǎn)錄因子基因而正向介導(dǎo)植物的耐旱性;茶樹CsCBF5通過調(diào)控下游CsCOR47、CsCOR413、CsERD4和CsRD29B基因的表達而正向改善茶樹的耐寒性。
茶樹咖啡堿、苦茶堿、氨基酸、兒茶素等物質(zhì)的代謝調(diào)控機制取得較大進展。研究發(fā)現(xiàn)，茶樹NAC-like轉(zhuǎn)錄因子基因CsNAC7通過正向調(diào)控咖啡堿合成酶基因yhNMT1而促進咖啡堿的積累;CsMYB184是茶樹中咖啡堿合成酶基因TCS1表達和咖啡堿合成的主要激活因子;證明了茶樹茶氨酸合成酶是由谷氨酰胺合成酶基因CsTSI所編碼;茶樹茉莉酸信號途徑關(guān)鍵調(diào)控因子CsJAZ1通過轉(zhuǎn)錄本的可變剪;WRKY轉(zhuǎn)錄因子CsWRKY57like可特異性地結(jié)合甲基化EGCG生物合成相關(guān)基因CsLAR、CsDFR和CCoAOMT啟動子區(qū)域的Wbox元件并激活它們的活性，進而正向調(diào)控茶葉中甲基化EGCG的累積。
葉片失綠茶樹品種的黃化、白化表型與葉綠體發(fā)育異常、葉綠素合成受阻有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，強光照誘導(dǎo)葉綠體光合系統(tǒng)II亞基CP43、CP47、PsbP、PsbR以及光捕獲葉綠素結(jié)合蛋白Lhca、Lhcb的降解而引起黃金芽白化表型形成;葉綠素合成相關(guān)基因HEME、GUN5、CAO的低表達以及葉綠素降解相關(guān)基因CLH的高表達是導(dǎo)致黃化茶樹品種黃玉葉綠素缺乏的原因;CsGS1、CsPDX2、CsGGP5、CsHEMA3和CsCLH4可能是導(dǎo)致綠色和黃化茶樹品種中茶氨酸差異富集的關(guān)鍵調(diào)控基因;茶樹血紅素加氧酶基因CsHO1的低表達是引起黃化茶樹品種高茶氨酸積累的潛在原因;紫化茶樹品種的表型與葉片花青素的含量緊密相關(guān)，CsMYB90、CsF3'Hs、CsANSs和CsPPOs基因的差異表達是引起紫魁茶樹品種花青素富集的主要原因;茶樹R2R3-MYB類轉(zhuǎn)錄因子CsAN1基因的特異性高表達賦予了紫娟及其雜交后代花青素高積累的紫葉表型。
茶樹新梢分枝、茸毛發(fā)育、開花性狀的遺傳機理也獲得了解析。研究表明，腺苷酸異戊烯轉(zhuǎn)移酶基因CsA-IPT5的3′ UTR AS1和3′UTR AS2可變剪切體參與調(diào)控茶樹的新梢分枝;茶樹茸毛的生長與植物抗性基因PRGs、細(xì)胞壁生物合成基因、細(xì)胞周期途徑基因以及細(xì)胞骨架生物合成基因的差異表達有關(guān);CsMYB1與CsGL3、CsWD40相互作用，形成MYBbHLH-WD40轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，進而激活茸毛發(fā)育調(diào)節(jié)基因CsGL2和CsCPC。Xu等[25]基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，MYC、FT、SOC1和LFY在內(nèi)源激素信號調(diào)控茶樹花器官發(fā)育過程中起到關(guān)鍵性作用。
2. 茶樹重要性狀的QTL定位與基因組測序分析
2022年，多個與茶樹品質(zhì)、生長發(fā)育等性狀相關(guān)的數(shù)量性狀位點(QTL)被精細(xì)定位。通過GBS簡化基因組測序和龍井43×白雞冠F1代遺傳群體，構(gòu)建了1 846.32 cM、包含15個連鎖群、2 688個標(biāo)記、平均圖距0.69 cM的高密度遺傳連鎖圖譜，同時鑒定到1個PVE大于20%的茶氨酸QTL位點;以特早生茶樹品種峨眉問春為母本，收集其自然授粉后代為材料，利用簡化基因組測序技術(shù)和父子關(guān)系重建策略，構(gòu)建了茶樹F1全同胞群體和高密度遺傳圖譜，該遺傳圖譜共包含4 244個標(biāo)記，平均遺傳距離為0.34 cM，并基于遺傳圖譜，定位到5個調(diào)控茶樹發(fā)芽期的QTL位點，篩選到22個關(guān)鍵候選基因。這些QTL位點的鑒定獲得，為開發(fā)性狀關(guān)聯(lián)分子標(biāo)記奠定了基礎(chǔ)。
隨著大葉種茶樹云抗10號以及小葉種茶樹舒茶早、龍井43等全基因組測序的完成，越來越多的茶樹基因組序列得到解密，有利于在染色體水平上解析茶樹性狀遺傳機理及演變進化。完成了都勻毛尖茶樹染色體級別基因組組裝，獲得了3.08 Gb大小的基因組序列，其中有2.67 Gb重復(fù)序列，34 896個蛋白編碼基因、104個miRNA、261個rRNA、669個tRNA和6 502個假基因;對云南臨滄8個產(chǎn)茶區(qū)的1 350份茶樹資源進行了大規(guī)模全基因組重測序分析，研究揭示了云南臨滄茶樹的起源進化。
二、茶樹育種技術(shù)進展
分子標(biāo)記輔助育種是進行植物遺傳改良的重要策略。開發(fā)了首款茶樹高密度200 K全基因組SNP芯片，包含179 970個SNP位點，基于該芯片加密了茶樹SNP遺傳圖譜，將平均圖距縮小到0.39 cM，應(yīng)用該芯片有效定位了5個影響結(jié)實率的關(guān)鍵QTL位點，發(fā)掘出茶樹重要功能基因，搭建了高通量的分子標(biāo)記篩選與基因鑒定平臺;采用比較基因組學(xué)方法，對CSA和CSS茶樹基因組進行挖掘，首次鑒定獲得了茶樹微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件家族CsMITE以及內(nèi)含子長度多態(tài)性CsILP標(biāo)記，為茶樹遺傳多樣性分析和分子標(biāo)記輔助育種提供了寶貴的資源。
在茶樹遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)上，也取得了新的探索和進展。通過研究茶多酚對農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物遺傳轉(zhuǎn)化體系的影響，發(fā)現(xiàn)茶多酚會降低農(nóng)桿菌活力、被膜完整率和細(xì)胞吸附性，為農(nóng)桿菌介導(dǎo)的茶樹遺傳轉(zhuǎn)化體系提供了一定的參考依據(jù);通過優(yōu)化反義寡核苷酸介導(dǎo)的基因沉默和農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因過表達轉(zhuǎn)化體系，構(gòu)建了在茶樹葉片中快速、高效進行基因功能分析和亞細(xì)胞定位研究的瞬時表達系統(tǒng);誘導(dǎo)花藥產(chǎn)生愈傷組織，進一步培養(yǎng)獲得雄性單倍體茶苗，為轉(zhuǎn)基因茶樹再生的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
三、茶樹新品種選育進展
2022年，共有62個茶樹品種通過非主要農(nóng)作物品種登記(表1)，5個品種授權(quán)獲得植物新品種權(quán)(表2)。這些茶樹品種中包含有葉色特異的白化、紫化品種：黃金芽、中黃4號、中茶151、紫娟等，抗逆性強、產(chǎn)量高的品種：中茶149、中茗6號、中茶308等，適合機采品種：中茶503、中茶504等，適制綠茶、紅茶、烏龍茶、白茶、黃茶、黑茶六大茶類，滿足了多樣性茶類生產(chǎn)的需求，為穩(wěn)定、高效的茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了多樣化品種保障。
2022年度，科研工作者們在茶樹遺傳育種領(lǐng)域取得了豐碩的成果。然而，仍有一些問題需要思考和解決，如茶樹重要性狀的遺傳調(diào)控規(guī)律有待深入解析，分子標(biāo)記輔助育種、基因編輯等茶樹育種技術(shù)有待突破創(chuàng)新，茶樹穩(wěn)定高效的遺傳轉(zhuǎn)化體系有待構(gòu)建形成，已育成茶樹品種缺乏有效的推廣利用，滿足茶產(chǎn)業(yè)實際需求的重要品種有待育成等。
本文節(jié)選自《中國茶葉》2023年第5期，P6-11，《2022年茶樹遺傳育種研究進展》，作者：李娜娜，王璐，郝心愿，向云攀，王波，蔡瓊梅，丁長慶，曾建明，楊亞軍，王新超*。
來源：中國茶葉
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