省農(nóng)科院茶葉專家觀察茶樹(shù)生長(zhǎng)情況。（資料圖片） 東南網(wǎng)3月19日?qǐng)?bào)道（福建日?qǐng)?bào)記者 張輝 通訊員 孔祥瑞） 福建烏龍茶自帶花香，是添加香精了嗎？其實(shí)，是茶葉中超700種成分，造就了一杯茶的獨(dú)特芬芳。 作為全世界最受歡迎的非酒精飲料之一，茶又仿佛是我們最熟悉的陌生人，全球關(guān)于茶的研究仍存在諸多空白。 17日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然·遺傳學(xué)》在線發(fā)表福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所等單位歷時(shí)5年完成的研究成果。該研究構(gòu)建了迄今最全面的茶樹(shù)基因組遺傳變異圖譜，揭開(kāi)了眾多與茶樹(shù)有關(guān)的未解之謎。知己知彼，茶樹(shù)育種有望邁向新紀(jì)元。 諸多未解之謎 這個(gè)世界上誰(shuí)最懂茶？非中國(guó)人莫屬。 越來(lái)越多的研究指向中國(guó)西南地區(qū)是栽培茶樹(shù)的起源中心。在遙遠(yuǎn)的史前時(shí)代，山茶科植物的共同祖先，在云貴高原的深山中野蠻生長(zhǎng)。時(shí)移世易，它們的后代逐漸出現(xiàn)分化：有的果實(shí)富含油脂，即油茶；有的花朵碩大艷麗，即山茶；有的芽葉自帶芬芳，即茶樹(shù)。 歷史上的某一天，誤入其間的山民，與茶樹(shù)不期而遇，偶然發(fā)現(xiàn)用它泡水，生津止渴，韻味悠長(zhǎng)——現(xiàn)代科學(xué)研究表明，是茶氨酸、咖啡因、兒茶素等茶次生代謝成分，造就了茶的獨(dú)特風(fēng)味。就這樣，茶樹(shù)開(kāi)始進(jìn)入人類的生活。 聰明的中國(guó)人，在與茶樹(shù)的互動(dòng)中摸索出了種茶技術(shù)與制茶工藝，凝練出了特色茶道。人們發(fā)現(xiàn)，原來(lái)發(fā)酵程度的細(xì)微差別，可以產(chǎn)生滋味的微妙變化。于是，有了綠紅白青黃黑等六大茶類。 愛(ài)茶之人這么多，其中福建人又堪稱“懂茶帝”。福建是世界白茶、烏龍茶、紅茶的發(fā)源地與主產(chǎn)區(qū)，萬(wàn)里茶道從武夷山啟程，向世界輸送東方味道。 人類與茶樹(shù)的相遇，久遠(yuǎn)到難以考據(jù)。但我們真如想象中那么懂茶嗎？至少在基因?qū)用?，答案是否定的?/p> 100多年前，孟德?tīng)柕耐愣箤?shí)驗(yàn)，揭開(kāi)了現(xiàn)代遺傳學(xué)的序幕。慢慢地，人們開(kāi)始沿著DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，拆解數(shù)以億計(jì)的堿基排列組合，探索生命的本質(zhì)。 隨著一個(gè)個(gè)全基因組完成組裝，一串串基因密碼得以破譯，我們對(duì)水稻、小麥等農(nóng)作物的理解，比以往任何時(shí)候都深刻。但茶樹(shù)這一古老的飲料作物，似乎是個(gè)例外。 茶樹(shù)是否起源于中國(guó)？在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，茶樹(shù)什么時(shí)候和它的山茶科兄弟姐妹分道揚(yáng)鑣？武夷山的中小葉種茶和云南的大葉種茶，是遠(yuǎn)房還是近親？為什么不同的茶樹(shù)葉片千姿百態(tài)，具有截然不同的風(fēng)味？……這些未解之謎，不僅茶客想知道答案，科研工作者同樣想刨根問(wèn)底。 “在自然狀態(tài)下，茶樹(shù)自交不親和，多靠異花授粉，種間基因交流頻繁，這些特性決定了茶樹(shù)遺傳的復(fù)雜性?！眹?guó)家茶葉產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家、福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所研究員陳常頌說(shuō)，正因如此，目前全球關(guān)于茶樹(shù)起源、種群分化、品種分類、關(guān)鍵調(diào)控基因挖掘等研究，仍存在諸多空白。尤其是茶樹(shù)基因組中豐富的代謝途徑及其遺傳基礎(chǔ)尚未得到充分解析。 要真正讀懂這片神奇的葉子，必須解鎖茶樹(shù)遺傳密碼。 原來(lái)你是這樣的茶 為了成為“懂茶帝”，中國(guó)科學(xué)家不可謂不努力。 首次在國(guó)際上啟動(dòng)茶樹(shù)基因組計(jì)劃，組裝了世界第一個(gè)較高質(zhì)量的茶樹(shù)參考基因組；構(gòu)建首個(gè)茶樹(shù)泛基因組圖譜；破解“鐵觀音”等代表品種全基因組；鑒定到多個(gè)與茶樹(shù)葉色、香氣等農(nóng)藝性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因…… 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶團(tuán)隊(duì)則將研究廣度拓展至全球尺度。 底氣源自百年積淀。1935年，茶界泰斗張?zhí)旄?chuàng)辦福安茶業(yè)改良場(chǎng)——福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所的前身。90年櫛風(fēng)沐雨，這里已成為重要的茶樹(shù)基因?qū)殠?kù)，擁有全國(guó)最早、福建最大的茶樹(shù)種質(zhì)資源圃，建檔保存國(guó)內(nèi)外茶樹(shù)種質(zhì)資源3750份。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)常年走南闖北，持續(xù)廣泛收集國(guó)內(nèi)外茶樹(shù)種質(zhì)資源。葉片“中國(guó)第一小”的茶樹(shù)、葉色“天下第一綠”的茶樹(shù)……你想得到和想不到的茶樹(shù)類型，一一被收入麾下。 資源底牌有了，創(chuàng)新底氣足了。5年前，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所開(kāi)始聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所等國(guó)內(nèi)大院大所，共同啟動(dòng)這場(chǎng)全球最大規(guī)模的茶樹(shù)種質(zhì)資源基因組分析。 “我們對(duì)全球14個(gè)主要產(chǎn)茶國(guó)的1325份茶樹(shù)種質(zhì)資源，進(jìn)行了深度全基因組重測(cè)序，構(gòu)建了迄今最全面的全基因組遺傳變異圖譜，涵蓋了野生、過(guò)渡型、地方品種和育成品種?！闭撐墓餐谝蛔髡摺⒅袊?guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員孔維龍說(shuō)，在這張圖譜上，超2400萬(wàn)個(gè)高質(zhì)量單核酸苷多態(tài)性、逾百萬(wàn)個(gè)插入／缺失位點(diǎn)遍布其間。 這些數(shù)據(jù)，是茶樹(shù)遺傳多樣性的具象化。對(duì)一個(gè)物種來(lái)說(shuō)，這是時(shí)間的禮物。茶樹(shù)在長(zhǎng)期自然選擇與人工馴化中，經(jīng)歷了一次又一次或有利或有害的基因變異。它們?nèi)辗e月累，才塑造了茶樹(shù)如今多姿多彩的模樣。 通過(guò)海量數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)逐步揭開(kāi)茶樹(shù)的身世之謎。 在自然界中，散落著許多茶樹(shù)的野外親戚，比如大理茶、大廠茶、厚軸茶。作為茶樹(shù)的野生近緣種，它們與栽培茶樹(shù)同宗同祖，但命運(yùn)軌跡大相徑庭。數(shù)十萬(wàn)年前，人類還沒(méi)學(xué)會(huì)馴化農(nóng)作物的時(shí)候，中國(guó)茶樹(shù)就搶先一步，比野生近緣種更早地從它們共同的山茶科祖先中分化出來(lái)。此后，茶樹(shù)與“親戚”們，你走你的陽(yáng)關(guān)道，我過(guò)我的獨(dú)木橋。隨著人類的介入，茶樹(shù)經(jīng)歷了大規(guī)模的種群擴(kuò)張。 不過(guò)，它們雖然各行其道，但也并非老死不相往來(lái)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，栽培茶樹(shù)與野生近緣種，常常破除門(mén)第之見(jiàn)，跨物種“通婚”，由此產(chǎn)生了頻繁的基因交流——種間基因滲入。對(duì)于栽培茶樹(shù)來(lái)說(shuō)，這門(mén)親事算得上攀高枝了。從野生近緣種中流入的基因，不少與調(diào)控黃酮、萜類等成分的合成相關(guān)。這些成分，塑造了茶葉的獨(dú)特風(fēng)味?？梢哉f(shuō)，是遠(yuǎn)房親戚的神助攻，讓茶更受人類歡迎。這也提醒我們，要重視古茶樹(shù)、野生近緣種等資源保護(hù)。因?yàn)樗鼈兊纳眢w里，很可能潛藏著可以讓栽培茶樹(shù)煥然一新的基因。 隨著研究的深入，更多的遺傳密碼逐一揭曉。 通過(guò)種群分析，茶樹(shù)馴化過(guò)程逐漸清晰，再一次印證了中國(guó)西南地區(qū)是茶樹(shù)的起源和馴化中心；通過(guò)基因組分析，首次揭示茶樹(shù)群體水平有害突變分布和效應(yīng)，為未來(lái)精準(zhǔn)育種中優(yōu)化性狀提供了基因改造靶點(diǎn)；通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到了數(shù)千個(gè)與葉片形態(tài)和代謝物性狀顯著相關(guān)的位點(diǎn)，找到了控制茶葉多種性狀的調(diào)控“開(kāi)關(guān)”…… 一把新“鑰匙” 也有人不理解，喝茶而已，好喝就行，何必大費(fèi)周章，探本溯源？要回答這個(gè)問(wèn)題，需要理解好茶是怎么誕生的。 一杯茶好不好喝，有多重影響因素。茶山環(huán)境、氣候條件、栽培技術(shù)、制茶工藝、沖泡手法……缺一不可，但起到?jīng)Q定性作用的，還有品種特性。 先秦時(shí)期，人們已經(jīng)有了良種概念，《詩(shī)經(jīng)》中稱之為“嘉種”。最早，人們獲取良種，全靠機(jī)緣巧合。偶遇一株品相不俗的茶樹(shù)，便為我所用，采種繁育。我們常說(shuō)的武夷奇種，指的就是當(dāng)?shù)赜行苑敝巢铇?shù)群體，因此又被稱為“菜茶”。 龍生九子，子子不同。眾所周知，由于性狀分離，茶樹(shù)母株的優(yōu)良基因，很難原原本本地傳遞給后代。于是，人們開(kāi)始選育無(wú)性系，精挑細(xì)選優(yōu)良個(gè)體，再通過(guò)壓條、扦插等無(wú)性繁殖方式，繁育出一批批“副本”。著名的鐵觀音、大紅袍便是這樣從群體種中脫穎而出育成的。 雜交育種手段出現(xiàn)后，茶樹(shù)育種家們開(kāi)始自己掌握命運(yùn)。他們確定育種方向后，精心挑選父母本，配置雜交組合，再?gòu)牟挥?jì)其數(shù)的雜交后代中，海選最具潛力的個(gè)體，通過(guò)單株選育的方式擴(kuò)繁。福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所的兩大代表作——福云6號(hào)和金觀音（茗科1號(hào)），便是雜交育種的成果。二者分別是目前國(guó)內(nèi)種植面積最大的雜交育成的綠茶和烏龍茶品種。 這些傳統(tǒng)育種方式，為選育茶樹(shù)好品種，作出了卓越的貢獻(xiàn)。但其局限性也很明顯：依賴經(jīng)驗(yàn)，充滿不確定性，效率低下，工作強(qiáng)度大。一般來(lái)說(shuō)，用現(xiàn)有技術(shù)手段，育成一個(gè)茶樹(shù)新品種，需要18至25年。 如今，生產(chǎn)和市場(chǎng)對(duì)茶樹(shù)品種的需求日趨多元化。高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、適應(yīng)性強(qiáng)，是一個(gè)茶樹(shù)好品種的基本修養(yǎng)。除此以外，人們還有更大的期望：茶葉能不能有更多香氣變化？能不能具有更強(qiáng)的保健功效？能不能更適合機(jī)械化采收？能不能為新式茶飲量身定制專用品種？ 顯然，要實(shí)現(xiàn)這樣的育種目標(biāo)，光靠傳統(tǒng)育種手段，難免力所不逮。茶樹(shù)全基因組研究成果，為更快更精準(zhǔn)地選育更好的品種，提供了一把新“鑰匙”。 這把“鑰匙”，賦予了育種家“未卜先知”的能力。過(guò)去，一份材料好不好，是騾子是馬，總要拉出來(lái)遛遛，將成千上萬(wàn)份資源種到田間，年復(fù)一年地觀察其表現(xiàn)。今后，當(dāng)它還是幼苗甚至種子的時(shí)候，育種家在實(shí)驗(yàn)室里用機(jī)器輕輕一掃，就能提前知道其中是否有我們所需要的基因，預(yù)測(cè)其田間表現(xiàn)，大大提高篩選效率。 更進(jìn)一步，在不太遙遠(yuǎn)的未來(lái)世界，茶樹(shù)育種家將變身“工業(yè)設(shè)計(jì)師”。他們只要坐在電腦前，通過(guò)基因組大數(shù)據(jù)、人工智能等手段，就可以像設(shè)計(jì)一件工業(yè)產(chǎn)品一樣，把最好的基因聚合在一起，把不好的基因剔除在外，設(shè)計(jì)出任意我們所需要的茶樹(shù)新品種。 “過(guò)去，由于對(duì)茶樹(shù)遺傳規(guī)律缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知，茶樹(shù)育種停留在‘1.0’（農(nóng)家育種）和‘2.0’（基于經(jīng)驗(yàn)的雜交育種）時(shí)代。”孔維龍說(shuō)，隨著更多的茶樹(shù)遺傳密碼得以解析，茶樹(shù)育種將加快進(jìn)入以全基因組選擇育種為代表的“3.0”時(shí)代，以及整合基因組大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的“4.0”時(shí)代。 “我們誠(chéng)邀全球同仁，以茶樹(shù)基因組研究為鑰匙，以福建省茶種質(zhì)資源圃為創(chuàng)新平臺(tái)，深入開(kāi)展協(xié)同創(chuàng)新，共繪茶科技藍(lán)圖，努力開(kāi)創(chuàng)我國(guó)茶學(xué)研究更為廣闊的新天地。”福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)余文權(quán)說(shuō)。 |
