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大理茶獨特茶葉風味和抗性的基因組學基礎

大理茶獨特茶葉風味和抗性的基因組學基礎

大理茶(Camellia taliensis)在分類學上隸屬於山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)之茶組(Sect。Thea(L。) Dyer),主要分佈於雲南省西南部和緬甸北部(雲南橫斷山脈瀾滄江中段至伊洛瓦底江流域),屬國家二級保護植物。目前普遍認為大理茶是栽培茶最重要的野生近緣種之一。由於大理茶具有醇厚回甘等獨特的風味,據記載,早在兩千年前,人們就已經開始栽培和飲用其葉片,南詔時期廣泛流行的“銀生茶”即出自於大理茶,目前依然有以大理茶為原料的“大理通感茶”以及“野生喬木茶”在市面上銷售。相對於栽培茶樹來說,大理茶通常生長在環境更為惡劣的高海拔常綠闊葉林中,受到的生物與非生物脅迫更為嚴峻,在長期的自然選擇下保留了許多優異的抗性基因。因此,大理茶作為栽培茶樹的重要野生近緣植物,對茶樹在品質、產量及抗逆相關的遺傳改良上具有重要意義。

中國科學院昆明植物研究所高立志課題組對大理茶轉錄組學進行了研究。採用高通量 Illumina High-Seq 2000 測序平臺對大理茶進行了轉錄組測序,透過組裝和註釋首次獲得了大理茶高質量的參考轉錄組序列。透過分析在大理茶轉錄組中鑑定出了大量與茶葉品質密切相關的重要次生代謝產物通路基因,令人振奮的是這些基因基本上是全長的(fl-cDNA);透過與小葉茶中已克隆的同源基因比對,發現了TCS,FNSII等諸多基因與栽培茶樹具有明顯差異,推測與大理茶獨特的風味相關。值得一提的是,基因表達分析發現與茶氨酸及咖啡因合成相關的代謝基因在花中強烈地表達,據此推測茶花可能是茶氨酸和咖啡因合成的另一個重要組織。與小葉茶轉錄組中抗性相關的基因家族的比較分析發現 LEA、ERF 等基因家族在大理茶中大量特異性地擴增,使得大理茶具有更強的適應性和抗性(特別是抗寒性)。該研究取得的結果為大理茶獨特口感和較強的抗性提供了比較轉錄組學參考,為將來進一步開展茶樹比較功能基因組學和分子育種提供了理論依據。

上述研究結果以“De novotranscriptome assembly of the wild relative of tea tree (Camellia taliensis) and comparative analysis with tea transcriptome identified putative genes associated with tea quality and stress response”為題發表在BMC Genomics上(http://www。biomedcentral。com/1471-2164/16/298/)。

大理茶獨特茶葉風味和抗性的基因組學基礎

圖一:大理茶重要次生代謝產物通路及重要功能基因挖掘與比較分析

a)類黃酮生物合成途徑; b) 茶氨酸生物合成途徑;c)咖啡因生物合成途徑。

大理茶獨特茶葉風味和抗性的基因組學基礎

圖二:重要次生代謝通路基因在不同發育階段表達分析

a)類黃酮生物合成途徑; b) 茶氨酸生物合成途徑;c)咖啡因生物合成途徑。(TS:嫩芽,YL:幼葉,FB:花苞,FL:花)

大理茶獨特茶葉風味和抗性的基因組學基礎

圖三:大理茶與栽培茶樹中抗逆相關基因家族的比較分析

a)LEA基因家族;b) 茶樹中最大的LEA基因家族;c) 與抗逆相關的轉錄因子基因家族。