2022年茶樹遺傳育種研究進展

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

摘要：文章總結概述了2022 年度茶樹遺傳育種領域取得的主要進展。2022 年度，科研工作者在茶樹遺傳育種領域取得了豐碩的成果，基于轉錄組、同源和異源轉化、分子互作等研究手段，大量與茶樹逆境脅迫抵御、功能物質代謝、生長發育調控相關的遺傳分子機制及關鍵作用基因獲得解析；茶樹氨基酸含量、發芽期等性狀相關的數量性狀位點（QTL） 被精細定位，為開發性狀關聯分子標記奠定了基礎；62 個茶樹品種通過非主要農作物品種登記，5 個品種授權獲得植物新品種權，為茶產業高效發展提供了多樣化的品種保障。

關鍵詞：茶樹；遺傳育種；分子標記；品種

中圖分類號：S571.1；S330? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1000－3150 （2023） 05-06-6

我國是茶樹的原產國，也是世界上最早發現和利用茶葉的國家，至今栽培茶樹、制作和飲用茶葉已有數千年的悠久歷史。在長期種植栽培茶樹的過程中，通過自然變異選擇和人工輔助育種，形成了我國豐富多樣的茶樹種質資源，為優良茶樹品種選育提供了珍貴的基因文庫。良種是農業生產的基礎，一個品種能造就一個產業。因此，選育優良茶樹品種是推動茶產業多元化、現代化、效益化的根本保障。本文主要對2022 年度茶樹重要性狀的遺傳調控機制、茶樹育種技術以及茶樹品種登記授權情況進行總結概述，為今后茶樹遺傳育種研究及新品種選育提供參考。

1 茶樹遺傳學研究進展

1.1 茶樹重要性狀的調控機制解析及關鍵基因挖掘

2022 年，通過轉錄組、同源和異源轉化、分子互作等研究方式，大量與茶樹抗逆、物質代謝、生長發育相關的遺傳調控機制及關鍵作用基因獲得解析，為培育優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性狀。Liu 等[1]發現miR319a 靶向抑制轉錄因子CsTCP10 基因表達而減弱茶樹對輪斑病的防御抵制。Peng 等[2]研究發現CsWRKY4 和CsOCP3 與CsICE1 相互作用，調控CsCBF1/3 基因表達，從而介導茶樹的多種逆境脅迫響應。Zhao 等[3]通過基因沉默和過表達分析發現，茶樹CsWRKY29 和CsWRKY37 轉錄因子具有提高植物抗寒性的功能作用。Zhang 等[4]發現茶樹CsNAC28 作為ABA響應元件結合因子CsABF2 下游的轉錄因子基因而正向介導植物的耐旱性。Zhang 等[5] 發現茶樹CsCBF5 通過調控下游Cs-COR47、CsCOR413、CsERD4 和CsRD29B 基因的表達而正向改善茶樹的耐寒性。蟲害誘導的植物揮發物既能幫助茶樹應對生物脅迫，同時也是茶葉風味品質的構成成分。研究發現轉錄因子Cs-MYC2-組蛋白去乙酰酶CsHDA2 模塊參與調控茶樹遭受小綠葉蟬侵染過程中橙花叔醇的形成，Cs-MYC2-CsHDA6 模塊參與調節茶樹抗蟲代謝物α-法尼烯的生成[6-7]。

茶樹咖啡堿、苦茶堿、氨基酸、兒茶素等物質的代謝調控機制取得較大進展。Ma 等[8]發現茶樹NAC-like 轉錄因子基因CsNAC7 通過正向調控咖啡堿合成酶基因yhNMT1 而促進咖啡堿的積累。此外，Li 等[9]發現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。通過構建人工雜交群體、混合分組轉錄組測序、分子標記定位和基因表達分析表明，新的苦茶堿合成酶TcS 等位基因是決定茶樹高苦茶堿性狀的關鍵候選基因[10]。She 等[11]證明茶樹茶氨酸合成酶是由谷氨酰胺合成酶基因CsTSI 所編碼。Zhu 等[12]發現茶樹茉莉酸信號途徑關鍵調控因子CsJAZ1 通過轉錄本的可變剪切而負向調控黃烷-3-醇的合成。Luo 等[13]研究發現WRKY轉錄因子CsWRKY57like可特異性地結合甲基化EGCG 生物合成相關基因CsLAR、CsDFR 和CCoAOMT 啟動子區域的Wbox元件并激活它們的活性，進而正向調控茶葉中甲基化EGCG 的累積。Lü 等[14]發現CsERF1B-like轉錄因子可以結合到類黃酮3'-羥化酶基因CsF3'H的啟動子并激活其活性，研究確定了CsERF1Blike是參與糖代謝和類黃酮合成的潛在關鍵調節因子。Wang 等[15]建立了茶樹葉片原生質體的快速分離體系，并對16 977 個單細胞轉錄組進行研究，構建了首個木本植物葉片的單細胞圖譜，繪制了茶樹葉片發育軌跡，并發現了1 個新型的酯型兒茶素糖基轉移酶UGT72B23，獲得了酯型兒茶素糖苷化的證據。

葉片失綠茶樹品種的黃化、白化表型與葉綠體發育異常、葉綠素合成受阻有關。Cai 等[16]研究發現強光照誘導葉綠體光合系統II 亞基CP43、CP47、PsbP、PsbR 以及光捕獲葉綠素結合蛋白Lhca、Lhcb 的降解而引起黃金芽白化表型形成?；趶V靶代謝組和轉錄組學數據，Mei 等[17]研究發現葉綠素合成相關基因HEME、GUN5、CAO 的低表達以及葉綠素降解相關基因CLH 的高表達是導致黃化茶樹品種黃玉葉綠素缺乏的原因。通常，葉綠素缺乏茶樹品種具備氨基酸含量高的品質特性。Xu等[18]通過轉錄組和相關性分析表明CsGS1、CsPDX2、CsGGP5、CsHEMA3 和CsCLH4 可能是導致綠色和黃化茶樹品種中茶氨酸差異富集的關鍵調控基因。Chen 等[19]研究發現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。Cai等[20]通過代謝組和轉錄組關聯分析發現，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。Huang 等[21]發現茶樹R2R3-MYB類轉錄因子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、茸毛發育、開花性狀的遺傳機理也獲得了解析。Zhang 等[22]研究表明，腺苷酸異戊烯轉移酶基因CsA- IPT5 的3′ UTR AS1 和3′UTR AS2 可變剪切體參與調控茶樹的新梢分枝?；诟哔|量的RNA-seq數據，Chen等[23]分析發現，茶樹茸毛的生長與植物抗性基因PRGs、細胞壁生物合成基因、細胞周期途徑基因以及細胞骨架生物合成基因的差異表達有關。此外，Li 等[24]發現Cs-MYB1 與CsGL3、CsWD40 相互作用，形成MYBbHLH-WD40 轉錄復合物，進而激活茸毛發育調節基因CsGL2 和CsCPC。Xu 等[25]基于轉錄組數據分析發現，MYC、FT、SOC1 和LFY 在內源激素信號調控茶樹花器官發育過程中起到關鍵性作用。

1.2 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、生長發育等性狀相關的數量性狀位點（QTL） 被精細定位。Huang等[26]通過GBS簡化基因組測序和龍井43×白雞冠F1代遺傳群體，構建了1 846.32 cM、包含15 個連鎖群、2 688 個標記、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。Tan 等[27]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和父子關系重建策略，構建了茶樹F1全同胞群體和高密度遺傳圖譜，該遺傳圖譜共包含4 244 個標記，平均遺傳距離為0.34 cM，并基于遺傳圖譜，定位到5 個調控茶樹發芽期的QTL 位點，篩選到22 個關鍵候選基因。這些QTL位點的鑒定獲得，為開發性狀關聯分子標記奠定了基礎。

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。黔南民族師范學院Wang 等[28]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。Lei 等[29]對云南臨滄8 個產茶區的1 350 份茶樹資源進行了大規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。

2 茶樹育種技術進展

分子標記輔助育種是進行植物遺傳改良的重要策略。2022 年，Wei 等[30]開發了首款茶樹高密度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，應用該芯片有效定位了5個影響結實率的關鍵QTL 位點，發掘出茶樹重要功能基因，搭建了高通量的分子標記篩選與基因鑒定平臺。Rohilla 等[31]采用比較基因組學方法，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轉座元件家族CsMITE以及內含子長度多態性CsILP 標記，為茶樹遺傳多樣性分析和分子標記輔助育種提供了寶貴的資源。

在茶樹遺傳轉化技術上，也取得了新的探索和進展。李晶等[32]研究了茶多酚對農桿菌介導的植物遺傳轉化體系的影響，發現茶多酚會降低農桿菌活力、被膜完整率和細胞吸附性，為農桿菌介導的茶樹遺傳轉化體系提供了一定的參考依據。Li等[33]通過優化反義寡核苷酸介導的基因沉默和農桿菌介導的基因過表達轉化體系，構建了在茶樹葉片中快速、高效進行基因功能分析和亞細胞定位研究的瞬時表達系統。Mishra 等[34]誘導花藥產生愈傷組織，進一步培養獲得雄性單倍體茶苗，為轉基因茶樹再生的實現奠定了基礎。

3 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作物品種登記（表1），5 個品種授權獲得植物新品種權（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的需求，為穩定、高效的茶產業發展提供了多樣化品種保障。

4 結語

2022 年度，科研工作者們在茶樹遺傳育種領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控規律有待深入解析，分子標記輔助育種、基因編輯等茶樹育種技術有待突破創新，茶樹穩定高效的遺傳轉化體系有待構建形成，已育成茶樹品種缺乏有效的推廣利用，滿足茶產業實際需求的重要品種有待育成等。