茶树种质资源研究进展

茶树种质资源是茶树育种、遗传研究和生产利用的物质基础,也是茶产业持续发展的潜力所在。本文综述了近年来国内外茶树种质资源的收集、保存、鉴定评价和利用的研究进展,并针对我国茶树种质资源研究中存在的问题,展望了相关研究的发展方向。

我国茶树种质资源研究40年

茶树种质资源是品种遗传改良重要的物质基础,是其育种核心竞争力的体现。本文综述了改革开放40年来我国在茶树种质资源收集、保存、分类、描述编目、遗传多样性、核心种质库、优异茶树资源的筛选与创新利用方面重要的研究进展,并对茶树资源的收集保护、精细深入的鉴定评价、特异资源的挖掘利用、共享平台和机制的建立进行了展望。

茶树cpDNA测序及基于cpDNA序列的山茶属植物亲缘关系研究

叶绿体基因组在物种鉴定、系统进化分析及亲缘关系研究等领域应用前景广阔。本文应用 Illumina 高通量测序技术对龙井43（Camellia sinensis cv. Longjing 43）的叶绿体全基因组进行测序；利用叶绿体trnL-trnF序列研究茶树及其近缘植物的亲缘关系。结果表明，龙井43叶绿体基因组全长为157096 bp，反向互补重复区（Inverted repeat, IR）为26080 bp，小单拷贝区（Small single copy region, SSC）、大单拷贝区（Large single copy region, LSC）分别为18283 bp、86653 bp。共注释叶绿体基因133个，其中蛋白编码基因86个，rRNA基因8个，tRNA基因39个。对所选植物的trnL-trnF序列进行比对，序列长度变异范围为481~501 bp，序列最长为岔河大茶，最短为金花茶，基于此序列构建亲缘关系树，山茶属茶组植物聚成一个组。研究结果对茶树优良品种培育及山茶属植物亲缘关系的研究具有重要价值。

茶树对茶尺蠖抗性机制研究

茶尺蠖[Ectropis oblique(Prout)]危害严重降低了茶叶产量和品质。业已表明,不同茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]品种对茶尺蠖取食的胁迫反应复杂多样,探究茶树对茶尺蠖的抗性机制,对于鉴定茶树抗虫性等级,发掘利用抗虫基因资源以及培育抗虫良种具有重要意义。本文从简述茶尺蠖危害概况入手,总结了当前茶树对茶尺蠖抗性机制研究的新成果,指出了目前茶尺蠖抗性机制研究中存在的问题,并分析了当前的研究动向与前景。

基于转录组测序对茶树GST基因表达的研究

谷胱甘肽转移酶(Glutathione S-transferases,GSTs)在植物体内普遍存在,是一类具有多种生物学功能的超家族蛋白酶。本研究通过对中黄2号、龙井43在正常光照和遮荫处理下的转录组测序,筛选获得了49个Cs GSTs基因家族成员,并对其中19个在芽叶中表达量较高的Cs GSTs基因进行了序列分析和聚类分析。另外对表达量较高的8个候选基因进行荧光定量表达分析,研究它们在龙井43不同叶位中的表达模式。结果表明这些Cs GSTs基因在一芽一叶到第六叶中均有表达,但各自呈现出不同的变化规律。Cs GST20在龙井43一芽一叶到第六叶中的表达量逐渐上升,可能与植物抗胁迫有关,而Cs GST24的表达量则显著下降,可能与花青素代谢有关。

茶树GGPS基因家族的克隆、生物信息学和表达分析

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(Geranylgeranyl diphosphate synthase,GGPS)是萜类合成途径的结构酶,对植物生长发育具有重要意义。本研究通过RACE和RT-PCR方法克隆得到5条潜在的茶树GGPS序列,分别命名为CsGGPS1-4和CsGGPS9,其中CsGGPS9存在3条等位基因,分别是CsGGPS9-1、CsGGPS9-2和CsGGPS9-3,在系统进化树上与其他基因分成两支。蛋白质序列分析表明,茶树GGPS家族成员都具有polyprenyl_synt结构域,不存在信号肽序列。亚细胞定位预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4定位在叶绿体上,CsGGPS3和CsGGPS9定位在线粒体上。通过Swiss Model进行三维建模,结合"three-floor"模型对茶树GGPS家族成员的功能进行预测,预测结果显示,CsGGPS1、CsGGPS2和CsGGPS4是GGPS;CsGGPS3是异源二聚体形式的牻牛儿基焦磷酸合酶的小亚基;CsGGPS9的催化主产物是碳链数大于30的异戊烯基焦磷酸。q RT-PCR分析表明,CsGGPS1整体表达丰度较低,仅在一芽二叶中表达量稍高;CsGGPS2在茶树各个组织中均有表达,在花中表达量最高,且花发育过程中表达量先上升后下降;CsGGPS3在叶和幼根中的表达量高于花,花发育过程中表达平稳;CsGGPS4在茶树各个组织中表达量数值相近,在花发育过程中表达量变化趋势与CsGGPS2相同;CsGGPS9的表达量在成熟叶中显著低于幼嫩叶片。

茶树DNA分子指纹图谱研究进展

分子指纹图谱直接反映生物个体在DNA水平上的差异,可有效鉴别茶树品种,保护品种权。本文概述了指纹图谱的分类、概念和特点,近年来国内外7种分子指纹图谱方法在茶树中的研究进展,以及指纹图谱在茶树种质资源与育种研究中的应用,探讨了我国茶树分子指纹图谱研究中存在的一些问题,并由此提出构建茶树标准指纹图谱的设想。

茶树花青素形成分子机理的研究进展

花青素是由类黄酮合成途径产生的次生代谢产物,含量高时会使茶树新梢呈现红色或紫色。同时,花青素相比儿茶素等具有更明显的抗氧化、预防肿瘤等药理保健作用。文章就茶树花青素合成途径、转录及转录后调控等方面进行综述,以期更好地为高花青素茶树的育种研究提供理论依据。

土壤因子对茶树硒吸收特性的影响

以中茶108为供试品种,采用盆栽和水培试验,研究了不同土壤硒含量、干旱胁迫以及不同pH值对茶树硒吸收特性的影响。结果表明,茶树硒含量与土壤硒含量呈正相关;干旱胁迫会造成茶树对土壤中硒的吸收速率降低,与正常生长的茶树相比,硒吸收总量显著降低;土壤含水率在90%时,茶树根部对硒的累积总量最高,达到0.527mg·kg-1,而在土壤含水率50%时,根部硒累积总量为0.301mg·kg-1,两者差异极显著。在不同pH值的培养条件下,72h内各处理叶片均达到富硒水平,处理间叶片硒含量未出现显著差异;处理28d后,各处理间叶片硒含量具有显著差异,以pH值3.5时最高,极显著高于其他各处理。

外源Ca2＋及钙离子信号抑制剂对茶树抗寒性的影响

钙离子信号通路在植物抗寒响应中起着重要作用。为了解钙离子信号通路与茶树抗寒性之间的关系,采用人工气候室模拟低温胁迫和外源施用钙调素(CaM)抑制剂W-7[N-(6-Aminohexyl)-5-chloro-1-naphthalenesulfonamide]、钙信号通道抑制剂LaCl_3及CaCl_2溶液的方法,测定了低温胁迫下茶树叶片各种与抗寒相关的生理指标的变化情况。检测结果表明,钙离子信号抑制剂W-7、LaCl_3处理均能提高茶树叶片相对电导率,提高茶树叶片中丙二醛(MDA)、超氧阴离子自由基(O_2·^-)、脯氨酸的含量,抑制超氧化物歧化酶(SOD)的活性;而CaCl_2溶液处理茶树叶片相对电导率及叶片中MDA、超氧阴离子自由基和脯氨酸的含量降低,SOD活性提高。表明钙离子信号系统在茶树抗寒过程中发挥了重要作用。

茶树CsCDF1基因克隆及表达分析

采用SMART-RACE技术克隆了茶树Dof(DNA binding with one finger)基因CsCDF1的全长c DNA序列,并利用在线生物信息学软件对其进行了分析。采用实时荧光定量PCR分析该Dof基因在茶树不同组织间的表达差异和昼夜表达规律,及其在氮饥饿处理2周后对不同浓度氮素诱导的响应。该c DNA序列全长1 606 bp,包含1个编码464个氨基酸的完整开放阅读框,含有高度保守的DOF结构域,推导的蛋白分子量为50.8 k Da,理论等电点(PI)为5.52;其编码的蛋白序列与茸毛烟草、马铃薯和美花烟草的CDF蛋白(Cycling dof factor)相似性分别为69%、67%、68%。系统发育分析结果表明,该基因编码的氨基酸序列与拟南芥CDF蛋白聚为一类,因此将其命名为CsCDF1;CsCDF1在3个不同茶树品种根系中的表达量均高于一芽二叶和成熟叶;在一天中,该基因的表达呈现出昼夜节律变化;在氮饥饿后重新供氮,不同组织中该基因对不同浓度氮素的响应均为上调。

不同品种茶树生长对氮素浓度的响应差异

利用盆栽沙培法,研究了铁观音、福鼎大白茶、黄旦等6个基因型茶树对氮素浓度的响应差异。试验表明:(1)在低氮胁迫下茶树株高、根干重、地上部重、叶片SPAD值等显著降低;茶树根重、根冠比与茶树总生物量之间呈显著正相关(P<0.05)。(2)不同基因型茶树对氮素吸收利用能力差异较大,其中福鼎大白茶、春闺属低氮高效基因型。(3)低氮胁迫下,茶树根冠比显著增加,铁观音根冠比的变异幅度最大,为20.97%;基因型对茶树根冠比具有决定作用,不同基因型茶树根冠比的差异很大,如铁观音仅为0.71,春闺为1.81。(4)在低氮条件下,根冠比与叶片SPAD值可作为筛选耐低氮茶树品种的参考指标。

8个新昌新品系茶树中主要生化成分与感官品质分析

茶叶中富含多种具有营养价值和药理功能的生化成分，这些成分随着茶树品种、生长的自然环境、茶园管理及采茶情况等有明显的变化规律，而且与茶叶品质关系密切。本文通过对8个新昌新品系茶树的主要生化成分进行两个年度重复检测分析和感官审评，得出测定指标较高的品系，又利用Spass17．0数据处理软件对其进行统计分析，为新昌大佛龙井茶专用品种选育提供试验依据。

基于SSR标记的白化和黄化茶树品种遗传多样性分析及指纹图谱构建

利用62对SSR引物对16个白化、黄化茶树品种资源的遗传多样性进行了分析,初步明确了不同白化、黄化品种的遗传结构,以及SSR标记在白化、黄化品种鉴定上的适用性,为此类茶树品种资源的鉴定评价提供了理论依据。经过对引物筛选和扩增条带的分析,结果显示:具有多态性的55对引物中,共检测出169个等位基因,每对引物检测出的等位基因数为2~5个,平均为3.07个;多态信息含量(PIC)和Shannon信息指数(I)的平均值分别是0.40和0.79;169个等位基因出现频率在3.12%~96.88%之间;16个参试品种的遗传距离在0.086~0.532,品种间遗传结构差异明显;当D≈0.18时,可将16个品种划分为3类,其中大部分亲缘关系相近或地理位置一致的品种聚为一类。此外,笔者根据不同引物的等位基因带型构建了16个白化和黄化茶树品种的分子指纹图谱,并筛选出3对核心引物(TM156、TM508、MSG0380)用于不同白化、黄化茶树品种的鉴定。

干旱处理对不同品种茶树生理特性影响及抗旱性综合评价

以龙井43、槠叶齐、宁州2号和白叶1号两年生盆栽扦插茶苗为试验材料进行自然干旱处理,测定其在干旱胁迫及复水下的生长适应规律,探讨干旱处理对不同品种茶树叶片生理特性的影响,并利用隶属函数值法对这4个品种耐旱性进行综合评价。结果表明,随着干旱处理时间延长,4个品种土壤体积含水量逐渐降低,植株表现脱水症状,叶片相对含水量逐渐降低,MDA含量逐渐升高,SOD活性逐渐降低,POD和CAT活性呈先升后降趋势,净光合速率和蒸腾速率逐渐降低,水分利用效率呈先升后降趋势,叶绿素和类胡萝卜素总量逐渐升高。复水后,4个品种土壤体积含水量和叶片相对含水量升高,MDA含量降低,龙井43 POD活性升高,其他品种均降低,SOD活性变化趋势与POD相反,4个品种CAT活性均降低,净光合速率均无显著变化,蒸腾速率和水分利用效率均升高,除槠叶齐叶绿素和类胡萝卜素总量升高外,其他均降低。通过模糊隶属函数值法综合评价该4个品种抗旱性,结果表明,耐旱性强弱依次为龙井43>宁州2号>槠叶齐>白叶1号。本研究为抗旱茶树品种的筛选以及抗旱育种提供参考及理论依据。

不同品种茶树新梢响应“倒春寒”的转录组分析

为探究"倒春寒"冻害对不同品种茶树新梢转录水平的影响,本研究以茶园"倒春寒"发生时受冻害和未受冻害的龙井43和中茶126新梢为研究材料,对两组样品进行转录组分析,分别鉴定到1 012个和1 079个差异基因,以及284个共同差异基因。从中选取18个差异基因进行实时荧光定量PCR验证,结果与转录组测序结果基本一致,证明转录组数据可靠。利用GO和KEGG数据库,对差异基因进行代谢通路富集分析,发现两个品种的差异基因主要集中在光合作用、碳代谢和细胞色素P450等代谢进程,说明"倒春寒"对新梢生长发育相关的基础代谢造成了严重损伤,抑制了相关基因的正常表达;随后对284个共同差异基因进行表达聚类分析,结果表明,其中99个差异基因在两个茶树品种中的表达模式完全相反,涉及的生物过程包括MAPK信号通路、谷胱甘肽和苯丙烷代谢等,推测这些差异基因与龙井43和中茶126在受到低温胁迫后产生的不同信号传导模式有关。

茶树PVP申请品种的SSR分子标记鉴定和系谱关系分析

利用30对SSR引物,对26个植物新品种保护（PVP）申请茶树品种及其13个近似品种与亲本进行了分子鉴定和系谱关系分析,探讨SSR分子标记在茶树新品种保护工作和DUS测试中的应用。研究结果显示,30对SSR引物共检测到131个等位基因,每对引物检测的等位基因数为3~7个,平均4.4个。平均Shannon信息指数（I）和多态信息含量（PIC）分别为1.04和0.51。39个参试品种的遗传距离在0.03~0.70之间。在遗传距离为0.15时,可将39个品种划分为7类,其中地理来源一致或遗传背景相似的材料基本上聚为一类。30对引物的品种鉴定能力差异较大,每对引物能鉴定的品种数为3~16个。通过4对核心引物的组合可以鉴定全部39个参试品种,并依此构建了SSR指纹图谱。

基于转录组测序的茶树儿茶素合成调控相关基因的挖掘

儿茶素具有较强的自由基清除和抗氧化能力,茶叶中丰富的儿茶素对人类健康具有诸多益处。为探讨茶树儿茶素的合成调控机制,我们基于Illumina测序方法对‘龙井43’ב白毫早’杂交F1代群体中儿茶素含量具有明显差异的两组茶树单株进行了转录组分析。转录组测序共获得2.75×10~8个clean reads,并组装出112 233个Unigene,平均长度为759 bp,N50为1 081 bp。此外,在低儿茶素组(L组)和高儿茶素组(H组)茶样之间共找到2 986个差异表达基因,其中在H组中上调和下调表达的基因分别有1 395个和1 591个。本研究进一步筛选到3个与茶树涩味物质合成相关的UDP-糖基转移酶基因,4个可能与儿茶素调控相关的转录因子(CRF4, R2R3-MYB, bHLH)。本研究初步鉴定了与儿茶素合成调控相关的候选基因,为进一步明确儿茶素合成调控的分子机制提供了科学依据。

茶树CsAIL的克隆及在不同休眠阶段的表达分析

从茶树不同休眠状态腋芽转录组中筛选出一条差异表达基因,经全长克隆和同源性分析证实该基因为与多年生植物休眠的形成和解除密切相关的AINTEGUMEN-LIKE(AIL)的同源基因,命名为CsAIL。生物信息分析表明,该基因包含1个1 872 bp的开放阅读框,编码623个氨基酸。编码的蛋白质分子质量为69.2kD,理论等电点为6.6,是一种非分泌性蛋白;该蛋白有两个保守的AP2结构域,是植物中特有的广泛参与生长发育调节的AP2亚家族成员。亚细胞定位预测CsAIL蛋白不存在于叶绿体或者线粒体中,可能定位于其他细胞器;经同源性分析,在‘云抗十号’和‘舒茶早’全基因水平上分别鉴定了11个和12个AIL同源基因。系统进化树及序列保守性分析显示,Cs AIL与‘云抗十号’CSA001743.1和‘舒茶早’TEA027750.1的进化关系最近,与已知的拟南芥AIL蛋白处于不同分支,但具有典型的保守结构域和已知的重要氨基酸位点。启动子序列分析显示该基因可能受生理节律、光及多种激素等信号共同调控。CsAIL在茶树顶芽、腋芽和茎中的表达量较高,叶片中较低,花中几乎不表达。在茶树冬季类休眠和生理休眠阶段,该基因的表达量在叶和越冬芽中均逐渐下调并维持在较低水平;在生态休眠及萌动阶段显著上调。分析其可能的下游调控基因CsCYCD3.2和CsCYCD6.1的表达,二者与Cs AIL的表达模式高度一致,与越冬芽的休眠状态存在高度关联。本研究表明,CsAIL可能是参与茶树休眠调控的关键基因,与CsCYCDs共同在茶树年休眠—生长循环中发挥作用。