國家大葉茶樹資源圃研究成果豐碩

孫雪梅，李友勇，段志芬，楊盛美，尚衛(wèi)瓊，劉 悅，李曉霞，劉本英

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/云南省茶學(xué)重點實驗室，云南勐海666200）

茶樹［Camellia sinensis（L.）O.Kuntze］為多年生常綠木本植物，是中國重要的經(jīng)濟作物之一。云南是茶樹的原產(chǎn)地，是茶樹原始起源中心和物種多樣性分布中心，茶樹資源異常豐富，素有“云南山茶甲天下”之稱，中國植物分類學(xué)家張宏達教授1998年調(diào)整后的山茶科山茶屬茶組植物共有34個種（包括4個變種），除南川茶（C.nanchuanica）等8個種以外，其它26個種在云南均有分布。經(jīng)過幾十年的資源考察和收集保存，云南已建成世界最大的國家種質(zhì)大葉茶樹資源圃，已從根本上改變了資源分散、分布不明的狀況，為茶樹育種和長期利用研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1 資源圃基本情況

國家大葉茶樹種質(zhì)資源圃（勐海）位于茶樹的起源中心云南省西雙版納州勐海縣，1983年建圃，占地面積4.53 hm2。圃內(nèi)分設(shè)3個區(qū)：一是自然生長區(qū)，茶樹不修剪，不采摘，任其自然生長，用于觀測自然生長的特征特性；二是鑒定研究區(qū)，主要供產(chǎn)量、品質(zhì)、抗性、植物學(xué)、生物學(xué)特征特性等鑒定研究；三是新建區(qū)，主要保存“十二五”以來征集的茶樹資源材料。1990年該圃正式掛牌為“國家種質(zhì)勐海茶樹分圃”，2012年1月，經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準“國家種質(zhì)勐海茶樹分圃”正式升格為“國家種質(zhì)大葉茶樹資源圃（勐海）”。截止2018年底，本資源圃（勐海）已收集保存了按張宏達教授茶組植物分類系統(tǒng)的25個種和3個變種，共計2 000余份珍貴茶樹資源材料。先后為省內(nèi)外高等院校、科研院所及生產(chǎn)單位的科研、生產(chǎn)提供了茶樹資源品種3 000余份次，為全國茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻；接待到所檢查指導(dǎo)工作的國家、省級領(lǐng)導(dǎo)及專家學(xué)者1 000人次以上，國內(nèi)外茶葉參觀團以及在校實習(xí)生等2.5萬人次以上，資源圃已經(jīng)成為宣傳茶樹資源、云茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展、茶葉科技進步最有特色的窗口。

建圃以來，先后承擔了國家科技攻關(guān)、科技部基礎(chǔ)性工作專項、農(nóng)業(yè)部作物資源保護專項、國家自然科學(xué)基金、云南省科技重大專項等30多項科研項目，如“茶樹種質(zhì)資源主要性狀鑒定評價”、“茶樹種質(zhì)資源圃的建立及保存技術(shù)的研究”、“茶樹種質(zhì)資源的評價與利用研究”、“云南特色茶樹資源發(fā)掘利用及新品種繁育示范”、“云南茶樹種質(zhì)資源整理、整合及共享試點”、“云南珍稀野生茶樹種質(zhì)資源的遺傳多樣性及特異資源發(fā)掘利用”等課題，通過近100項評定指標，完成了500多份茶樹資源的農(nóng)藝性狀、加工品質(zhì)、抗性、生化成分、染色體、同工酶、分子生物學(xué)等多學(xué)科綜合鑒定和評價[1～4］，取得了重要進展，包括建立了云南茶樹資源信息數(shù)據(jù)庫，篩選出一批優(yōu)（特）異種質(zhì)，為云南乃至全國茶業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻。

2 承擔科研項目

2012年以來依托國家大葉茶樹資源圃，在項目爭取上先后獲科技部、農(nóng)業(yè)部、國家基金委、云南省科技廳、云南省農(nóng)業(yè)廳、云南省財政廳、西雙版納州等部門的大力支持，承擔項目的資助經(jīng)費超過2 000萬元，主要包括有科技部“國家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺茶樹種質(zhì)資源子平臺（勐海）”，農(nóng)業(yè)部“大葉茶樹種質(zhì)資源收集鑒定、編目繁殖更新與保存分發(fā)利用”、“國家種質(zhì)資源勐海大葉茶樹種質(zhì)圃改擴建”、“越南茶樹種質(zhì)資源引進”，國家基金委“云南珍稀野生茶樹資源的遺傳多樣性及特異資源發(fā)掘”、“云南大葉茶樹資源核心種質(zhì)構(gòu)建及優(yōu)異資源篩選”，云南省科技廳“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶樹新品種選育及產(chǎn)業(yè)化示范”、“云南特色茶樹資源發(fā)掘利用及新品種繁育推廣”、“云南省茶學(xué)重點實驗室建設(shè)”，云南省財政廳“云南省茶學(xué)重點實驗室儀器設(shè)備購置及實驗室改造提升”、“云南茶葉科技創(chuàng)新條件平臺建設(shè)項目”，云南省農(nóng)業(yè)廳“西雙版納古茶樹資源調(diào)查、收集與鑒定評價”、“西雙版納古茶樹資源信息庫建設(shè)”等等，這些項目的實施為茶樹資源品種的研究工作創(chuàng)造了良好的經(jīng)費保障條件。

3 云南茶樹資源研究

依托農(nóng)業(yè)部、科技部、云南省科技廳等資助的項目，以云南茶樹種質(zhì)資源為主要研究對象，開展茶樹種質(zhì)資源收集、保存、評價創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用研究。2012年以來，通過不斷的地進行茶樹資源的收集保存，共收集保存茶樹資源400余份，其中：大理茶資源100份、普洱茶資源260份、茶資源40份，并將農(nóng)業(yè)部“國家種質(zhì)勐海茶樹分圃”于2012年升格為國家種質(zhì)單列資源圃“國家種質(zhì)勐海大葉茶樹資源圃”，成為全國面積最大、保存資源種類及數(shù)量最多的大葉茶樹資源保存中心；利用農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟性狀等評價指標完成了400份資源的系統(tǒng)鑒定，篩選出一批優(yōu)異種質(zhì)資源，新獲新品種登記11個，獲植物新品種保護權(quán)4個；編制了“作物種質(zhì)資源繁殖更新技術(shù)規(guī)程—茶樹種質(zhì)資源繁殖更新技術(shù)規(guī)程”。在茶樹資源調(diào)查收集、保存評價、創(chuàng)新利用等方面形成系統(tǒng)技術(shù)與方法，為云南茶樹種質(zhì)資源的保護和創(chuàng)新利用奠定了一定基礎(chǔ)。

4 云南野生茶樹資源研究

在國家自然科學(xué)基金“云南珍稀野生茶樹資源的遺傳多樣性及特異資源發(fā)掘”支持下，開展了云南野生茶樹資源研究[3～4］，取得的主要成果：（1）野生茶樹在云南分布廣泛，主要集中在西雙版納、普洱、保山等8個地區(qū)，與栽培茶樹在形態(tài)上有明顯差異，在形態(tài)分類上有22個種和2個變種，呈現(xiàn)豐富的形態(tài)多樣性；（2）對云南10個地區(qū)的830份茶樹種質(zhì)資源主要表型性狀的遺傳多樣性分析和比較表明，云南茶樹種質(zhì)資源具有豐富的表型遺傳多樣性，其遺傳多樣性和變異水平顯示東南部＞西部＞東北部的趨勢，初步推斷東南部為云南茶樹資源表型遺傳多樣性分布中心；（3）應(yīng)用 ISSR、EST-SSR等分子標記技術(shù)對云南野生茶樹資源的遺傳多樣性和親緣關(guān)系進行分析，結(jié)果表明云南野茶樹遺傳差異大，具有較高的遺傳多樣性，同時構(gòu)建了云南茶樹品種資源的分子指紋圖譜，為茶樹品種的知識產(chǎn)權(quán)保護提供有效的科學(xué)依據(jù)；（4）征集保存了一批珍稀茶樹資源。從云南保山、臨滄、西雙版納等地區(qū)征集茶樹資源45份，包括大理茶（9份）、茶（10份）、普洱茶（20份）、野茶（6份）。（5）完成了 200份野生茶樹種質(zhì)資源的鑒定評價，篩選出了38份優(yōu)特異資源，其中高茶多酚茶樹資源28份，低咖啡堿茶樹資源3份，高咖啡堿茶樹資源4份，高氨基酸茶樹資源3份。為野生茶樹資源創(chuàng)新利用提供了技術(shù)支持。

5 茶樹資源研究新突破

5.1 首次成功破譯茶樹基因組

中國科學(xué)院昆明植物研究所高立志研究員聯(lián)合云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、遼寧師范大學(xué)、金華國際山茶園、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和華盛頓大學(xué)等單位的相關(guān)研究團隊，于2010年啟動了茶樹基因組計劃，通過基因組建庫與測序等關(guān)鍵實驗技術(shù)的掌握和基因組序列拼接、注釋與分析等生物信息學(xué)平臺的構(gòu)建，攻克了茶樹高雜合、高重復(fù)和基因組龐大的植物基因組測序的難題，率先在國際上完成了栽培茶樹大葉茶種（Camellia sinensis var.assamica）云抗10號核基因組的測序和組裝，獲得了約30.2億堿基對的高質(zhì)量基因組參考序列，注釋得到36 951個蛋白編碼基因。茶樹高質(zhì)量基因組圖譜的成功繪制揭示了決定茶葉適制性、風(fēng)味、品質(zhì)以及茶樹全球生態(tài)適應(yīng)性的遺傳基礎(chǔ)，必將大大地加速茶樹功能基因組學(xué)研究和優(yōu)異新基因發(fā)掘，加快旨在提高茶葉品質(zhì)和適應(yīng)性的茶樹新品種培育。將會促進全球野生茶樹種質(zhì)資源的遺傳保護，也必將以其獨特的科技與文化魅力助力“一帶一路”，在新時代里以茶葉為載體再次向全球輸送中國文化[5］。

5.2 茶樹栽培馴化起源研究取得新認識

茶樹［Camellia sinensis（L.）O.Kuntze］是中國最早馴化的木本作物之一，栽培歷史悠久，并通過古絲綢之路和茶馬古道直接或間接地傳播到世界各地。目前全球共有52個國家種植茶葉，茶已成為世界上最受歡迎的三大無酒精飲料之一。東亞和南亞地區(qū)是全球最重要的茶葉種植和生產(chǎn)中心，約占全世界總產(chǎn)量的85%，其中，中國和印度則是2個最大的產(chǎn)茶國，也被認為是栽培茶樹的馴化中心。由于至今未發(fā)現(xiàn)茶樹的野生居群，有關(guān)茶樹的栽培起源與馴化歷史一直存在較大的爭議（如大葉茶和小葉茶為一次馴化還是多次馴化起源）。

近來，中國科學(xué)院昆明植物研究所高連明研究組聯(lián)合云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所劉本英研究組，利用23對核基因組微衛(wèi)星（SSR）標記對采自中國和印度的392份茶樹種質(zhì)資源（包括古茶樹、茶樹老品種和現(xiàn)代栽培品種等）開展了栽培馴化起源研究。研究結(jié)果表明，茶樹可以分為3個遺傳分組（茶樹類型），即小葉茶（主要分布于中國除云南以外的各省區(qū)）、中國大葉茶（主要分布于云南省及周邊國家）和印度大葉茶（主要分布于印度阿薩姆地區(qū)），表現(xiàn)出明顯的地理分布格局；在研究的茶樹樣品中，包括了大量3種茶樹類型間的雜交品種，表明雜交很可能是茶樹品種選育的重要方式；小葉茶、中國大葉茶和印度大葉茶很可能是在中國和印度不同地區(qū)獨立馴化起源的，推測中國東部和南部地區(qū)是小葉茶的栽培馴化中心，而云南西部或南部與印度阿薩姆地區(qū)分別是中國大葉茶和印度大葉茶可能的栽培馴化中心；首次發(fā)現(xiàn)中國云南栽培的大葉茶代表新的遺傳譜系。與印度大葉茶不同，是重要的茶樹種質(zhì)資源，為今后茶樹種質(zhì)資源的保護和新品種的選育具有重要科學(xué)意義[6］。

5.3 發(fā)現(xiàn)決定大理茶獨特茶葉風(fēng)味和抗性的基因組學(xué)基礎(chǔ)

大理茶（Camellia taliensis）在分類學(xué)上隸屬于山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）之茶組[Sect.Thea（L.）Dyer］，主要分布于云南省西南部和緬甸北部（云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。由于大理茶具有醇厚回甘等獨特的風(fēng)味，據(jù)記載，早在兩千年前，人們就已經(jīng)開始栽培和飲用其葉片，南詔時期廣泛流行的“銀生茶”即出自于大理茶，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。相對于栽培茶樹來說，大理茶通常生長在環(huán)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(yōu)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(zhì)、產(chǎn)量及抗逆相關(guān)的遺傳改良上具有重要意義。

中國科學(xué)院昆明植物研究所高立志研究組聯(lián)合云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所劉本英研究組對大理茶轉(zhuǎn)錄組學(xué)進行了研究。采用高通量Illumina High-Seq 2000測序平臺對大理茶進行了轉(zhuǎn)錄組測序，通過組裝和注釋首次獲得了大理茶高質(zhì)量的參考轉(zhuǎn)錄組序列。通過分析在大理茶轉(zhuǎn)錄組中鑒定出了大量與茶葉品質(zhì)密切相關(guān)的重要次生代謝產(chǎn)物通路基因，令人振奮的是這些基因基本上是全長的（fl-cDNA）；通過與小葉茶中已克隆的同源基因比對，發(fā)現(xiàn)了TCS，F(xiàn)NSII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(fēng)味相關(guān)。值得一提的是，基因表達分析發(fā)現(xiàn)與茶氨酸及咖啡因合成相關(guān)的代謝基因在花中強烈地表達，據(jù)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(zhuǎn)錄組中抗性相關(guān)的基因家族的比較分析發(fā)現(xiàn)，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(yīng)性和抗性（特別是抗寒性）。該研究取得的結(jié)果為大理茶獨特口感和較強的抗性提供了比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)參考，為將來進一步開展茶樹比較功能基因組學(xué)和分子育種提供了理論依據(jù)[7］。

6 茶樹資源品種工作的思考

結(jié)合當前茶樹資源工作的特點和茶業(yè)發(fā)展需求，筆者認為當前要做好以下幾點工作：一是加強國內(nèi)外優(yōu)良地方品種、珍稀野生茶樹、古茶樹資源的收集保存，盡可能多的保存茶樹資源，豐富茶樹資源圃。加快保存茶樹種質(zhì)的系統(tǒng)評價及精準鑒定，加強種質(zhì)創(chuàng)新，提供更多育種材料，為選育新品種做準備；二是加強分子生物技術(shù)在茶樹品種資源研究上的應(yīng)用研究，完善茶樹資源信息平臺建設(shè)，提高資源共享利用效率；三是加強專用、多抗、優(yōu)質(zhì)、特色茶樹新品種選育；四是加強與國內(nèi)各高校院所及國際間的交流、合作，加強高尖人才培養(yǎng)、引進及創(chuàng)新團隊建設(shè)，努力打造全國一流的茶樹種質(zhì)資源品種方向的科研創(chuàng)新團隊。