我國科學(xué)家破譯油茶遺傳密碼

文／楊瑩瑩

1月13日，中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所對外發(fā)布，該所研究團(tuán)隊(duì)成功組裝了全球首個染色體級別高質(zhì)量油茶基因組，揭示了油茶物種進(jìn)化歷史及其種子高油脂、高不飽和脂肪酸含量的馴化機(jī)制，建立了油脂性狀早期選擇技術(shù)體系。油茶基因組的破譯，實(shí)現(xiàn)了油茶從傳統(tǒng)育種向基因組育種的跨越，為提高良種的選育效率、保障我國糧油安全奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果于1月10日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《基因組生物學(xué)》上。

打開油茶生命“黑匣子”，首個高質(zhì)量油茶基因組圖譜問世

油茶，泛指山茶科山茶屬植物中油脂含量高，具有一定栽培面積的，有經(jīng)濟(jì)栽培價值的物種的總稱，是我國主推的重要木本油料樹種。我國現(xiàn)有油茶種植面積7000萬畝，以普通油茶為主，年總產(chǎn)值1200億元左右。油茶籽油中不飽和脂肪酸達(dá)90%以上，具有極高的保健價值，被譽(yù)為“液體黃金”。

然而，研究發(fā)現(xiàn)，油茶基因組具有雜合率高、重復(fù)序列占比大的特點(diǎn)，其雜合率達(dá)到了2.52%，遠(yuǎn)高于大部分已測序的物種，這為基因組組裝帶來了巨大挑戰(zhàn)。

為此，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過4年多的努力，通過三代測序技術(shù)獲得了二倍體油茶的基因組圖譜，并將基因組錨定到15條染色體上，錨定率達(dá)到91.33%，成功組裝了全球首個染色體級別的高質(zhì)量油茶基因組圖譜。同時，利用控制雜交的群體建立了高密度的遺傳標(biāo)記連鎖圖譜，對基因組圖譜組裝進(jìn)行了進(jìn)一步的校正。這一研究結(jié)果，如同打開了油茶生命活動的“黑匣子”，使油茶基因組學(xué)研究和分子改良育種邁入全新的發(fā)展階段。

進(jìn)入精細(xì)育種時代，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)育種向基因組育種跨越

區(qū)別于以葉用為目的的茶和以觀賞為目的的山茶，油茶在人工選擇作用下進(jìn)化成以種子油脂為主要栽培目的的木本油料樹種，使其成為研究植物種子油脂性狀馴化的絕佳材料。

為揭秘油茶的“身世”，研究團(tuán)隊(duì)利用組裝的油茶基因組內(nèi)旁系同源基因間的同義突變對比分析，發(fā)現(xiàn)油茶基因組共發(fā)生兩次全基因組復(fù)制事件：第一次為古老的γ復(fù)制，第二次發(fā)生在山茶屬與獼猴桃屬分化前不久，而山茶屬形成之后并沒有發(fā)生特殊的全基因組復(fù)制事件。

研究團(tuán)隊(duì)通過山茶—獼猴桃、山茶—柿、柿—獼猴桃屬間同源突變率的比較印證了這一觀點(diǎn)。這一重大發(fā)現(xiàn)解開了油茶物種的起源和演化機(jī)制的奧秘。

中國科學(xué)院院士錢前說，油茶基因組的破譯，實(shí)現(xiàn)了油茶從傳統(tǒng)育種向基因組育種的跨越，開啟油茶精細(xì)育種時代，為分子設(shè)計(jì)高產(chǎn)抗性強(qiáng)的油茶新品種提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

保障糧油安全“重要法寶”，縮短育種周期提升育種效率

作為我國特有的、種植歷史悠久的木本油料作物，油茶至今已有2300多年的栽培和食用歷史。隨著油茶產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，油茶已然成為農(nóng)民增收、保障糧油安全和助力鄉(xiāng)村振興的“重要法寶”。

然而，由于油茶具有童期長、“抱子懷胎”（從開花到果實(shí)成熟需要整1年）等特性，油茶育種年限長，新品種選育緩慢，選育速度無法滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，嚴(yán)重阻礙了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)利用該研究中獲得的油脂代謝關(guān)鍵基因內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)基因型與油脂性狀的相關(guān)性，篩選出10組可用于高含油率、高油脂品質(zhì)種質(zhì)資源早期鑒別的單核苷酸多態(tài)性基因型。該研究首次構(gòu)建了油茶油脂性狀早期選擇技術(shù)體系，苗期選擇效率可達(dá)到68.42%-86.96%，相關(guān)內(nèi)容已申報(bào)國家發(fā)明專利，有望有效縮短油茶育種周期，提高油茶育種效率。

未來，研究團(tuán)隊(duì)將在二倍體油茶基因組的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步解析多倍性油茶種質(zhì)資源的基因組，挖掘和鑒定油脂產(chǎn)量與品質(zhì)、重要功能性成分等性狀的主效基因或基因型，開展重要經(jīng)濟(jì)性狀的分子標(biāo)記輔助精準(zhǔn)預(yù)測，為油茶分子育種提供工作基礎(chǔ)。