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我国科学家完成“龙井43”基因组组装和群体重测序,助力茶树基因组学研究

励志人生网 2020-09-08 06:01 励志人物 195次

  责编 | 奕梵

  茶树(Camellia sinensis)起源于中国而风靡于世界,世界茶饮料消费人口已超过三分之二。茶树在我国分布广泛,种质资源丰富,六大茶类各具特色,而有关茶树进化的研究尚少。

  2020年9月7日,Nature Communications在线发表了中国农业科学院茶叶研究所和中国农业科学院深圳农业基因组研究所 (以下简称基因组所) 主导并携手中国科学院昆明动物研究所 (以下简称昆明动物所) 及云南省农业科学院茶叶研究所等单位完成的题为Population sequencing enhances understanding of tea plant evolution的研究论文,报道了该合作团队在茶树全基因组组装和茶树起源演化研究上取得的重要突破。研究结果为茶树基因组学研究和育种研究,以及茶树遗传和进化研究提供了丰富的素材。

  

我国科学家完成“龙井43”基因组组装和群体重测序,助力茶树基因组学研究


  研究团队首先以我国著名的茶树品种‘龙井43’ (C. sinensis var. sinensis cv. Longjing 43) 为材料,利用自主开发的WTDBG三代组装软件结合Hi-C等技术,克服了其基因组高度杂合、重复序列比例高 (>80%) 等复杂基因组组装难题,完成了‘龙井43’染色体级别的基因组组装。其基因组大小为3.26 Gb, scaffold N50达到143.85 Mb,具有较好的连续性,在单碱基水平和scaffold水平都达到了较高的准确性,获得了33556个高质量的注释基因。

  研究发现‘龙井43’与抗病、风味代谢和自交不亲和相关基因家族发生扩张,与抗逆等相关基因发生正选择。基于组装的高质量基因组,对来自世界不同国家和地区的139份有代表性的茶树材料进行了深度重测序,研究结果揭示了茶树群体的系统发生关系,描绘了栽培茶树的进化历史。此外 ,茶树近缘种群是茶变种 (C. sinensis var. sinensis) 和阿萨姆变种 (C. sinensis var. assamica) 的祖先,驯化过程中二者的选择方向存在差异,茶变种在驯化过程中与风味相关的萜烯类代谢基因和抗病相关基因受到选择强于阿萨姆变种茶树。

  

我国科学家完成“龙井43”基因组组装和群体重测序,助力茶树基因组学研究


  中国小叶种茶树中与萜烯代谢相关的基因受到选择,并且这些基因在芽和叶中表达量较高。

  据悉,今年适逢‘龙井43’这一全国绿茶主产区推广面积居于前列的无性系茶树品种育成60周年。该研究结果解释了‘龙井43’质优、抗逆的分子本质,具有较好的纪念意义。

  中国科学院院士钱前研究员对研究团队和该项工作都给予了高度评价,他说到:“感谢茶叶所杨亚军老所长带领的参加该项目研究的全体茶叶科研人员长期艰苦工作,正是你们持续的研究积累和对新建的农业基因组研究所以阮珏为代表的年轻科研人员的信任,团结协作,勇攀高峰,才有了今日之龙井43基因组研究之硕果,而龙井43则是中国现代茶叶最典型代表!我很高兴,也很感动,龙井43的茶叶基因组必将奠定现代绿茶育种基础,促使绿茶育种产生新的飞跃!

  

我国科学家完成“龙井43”基因组组装和群体重测序,助力茶树基因组学研究


  ‘龙井43’(中茶所供图)

  该论文的共同一作为茶叶所王新超研究员、基因组所博士研究生冯虎、基因组所常玉晓研究员、茶叶所马春雷副研究员、茶叶所王丽鸳研究员和茶叶所郝心愿副研究员;共同通讯作者为茶叶所杨亚军研究员、基因组所阮珏研究员、茶叶所陈亮研究员和昆明动物所王国栋研究员。基因组所李阿伦、崔鹏研究员、王晓波、艾成、赵胜和吴志超,茶叶所成浩研究员、王璐副研究员、金基强副研究员和韦康研究员,云南省农业科学院茶叶研究所刘本英研究员和李友勇副研究员也参与了研究工作。

  该研究得到中国农业科学院农业科技创新工程、农业基因组协同创新项目、浙江省茶树新品种选育重大科技专项、深圳市基础研究学科布局项目、国家青年拔尖人才支持计划和云南省创新研究团队等项目资助。

  https://doi.org/10.1038/s41467-020-18228-8

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