茶树种质资源研究“十三五”进展及“十四五”发展方向

一、茶树种质资源研究“十三五”进展

1.茶树资源调查收集和保存

在茶树资源调查方面，2015—2020年开展了第三次全国农作物种质资源普查与收集行动。2010—2017年，对云南省12个地区58个县（市）的古茶树资源进行了全面普查，共调查古茶树资源分布点47个，记录样本2570株。对贵州省黔南州的茶树种质资源开展了调查工作，总结了黔南州茶树资源分布区域、类型、农艺性状和适制性等，建立了茶树资源数据库。在江西省系统开展野生茶树资源调查，明确了江西茶树资源的分布和特点。对陕西安康市、汉中市12个地点的88份茶树种质资源主要表型性状的遗传多样性进行了研究。调查和收集了33份湖南莽山茶树资源。在对海南岛自然分布的野生茶树资源全面开展调查工作的基础上，从种群径级结构、静态生命表、存活曲线等种群特征方面，以及野生茶种群空间分布格局与分布特征方面进行了分析研究。此外，茶树种质资源丰富或具有代表性茶组植物的区域，如云南云县白莺山、麻栗坡等逐渐被茶叶科研机构关注，并开展了深入的茶树资源调查收集工作。

在茶树资源收集、保存方面，中国农业科学院茶叶研究所“国家种质杭州茶树圃”和云南省农业科学院茶叶研究所“国家种质勐海茶树分圃”分别保存中小叶茶和大叶茶资源。目前两圃已收集保存了9个国家的野生茶树、农家品种、育成品种、引进品种、育种材料、珍稀资源与近缘植物等3700多份，包含了山茶属茶组植物所有的种与变种，是全球茶组植物遗传多样性涵盖量最大、种质资源最丰富的基因库。随着多个地方政府、茶叶科研单位和企业对茶树种质资源的逐渐重视，一批地方茶树种质资源圃已建成或正在建设。我国也非常重视原生境保存，农业农村部先后在广西融水县、贵州普安县、云南宁洱县、海南五指山市、云南勐海县等地批准建立了10余处国家级茶树种质资源原生境保护点。

中国农业科学院茶叶研究所内的国家种质杭州茶树圃

国家种质大叶茶树资源圃（勐海）

2.茶树起源驯化与遗传多样性

利用23对核基因组微卫星（SSR）标记对采自中国和印度的392份茶树种质资源开展了栽培驯化起源研究，研究结果表明茶树表现出明显的地理分布格局，推测中国东部和南部地区很有可能是小叶茶的栽培驯化中心，而云南西部或南部与印度阿萨姆地区分别是中国大叶茶和印度大叶茶可能的栽培驯化中心。贵州位于中国的西南地区，境内分布着大量的茶组植物资源。以分布于贵州全境的415份茶树资源为材料，利用GBS简化基因组测序策略进行遗传多样性评估，显示栽培型茶树的多态性要明显高于野生型，最适宜茶树生长区域的资源遗传多样性要高于次适宜区和不适宜区。遗传结构分析结果显示野生型茶树和栽培型茶树出现明显的遗传差异，遗传变异分析显示野生型茶树与栽培型茶树有着较高的遗传分化，而栽培型古茶树和现代地方品种间遗传分化较小。

“十三五”期间，我国在茶树基因组研究领域取得了重要进展，推动了茶树起源驯化和遗传多样性等重大基础科学问题的研究。发现栽培茶树与猕猴桃的物种分化发生在8000万年前，而茶树原变种与阿萨姆变种的物种分化发生在38万～154万年前。发现81份资源被清晰地分为阿萨姆变种、茶原变种和野生种，该结果支持了我国茶树的西南起源假说。对来自世界不同国家和地区的共计139份代表性茶树材料进行的重测序结果表明，相比阿萨姆变种，茶树原变种中与风味相关的萜烯类代谢基因和抗病基因在驯化过程中更倾向于受到强烈的选择。揭示了中国主要茶树种质资源以福鼎大白茶、铁观音等为骨干亲本，并且茶树种质资源间基因交流频繁，遗传多样性丰富。此外，还基于遗传多样性参数分析，建立了茶树资源收集保护的取样策略和方法。

3.茶树优异资源的鉴定评价

优异茶树资源的发掘是资源研究的目的，是开展品种改良的基础，对茶产业的发展具有重要的意义。以136个代表性茶树资源为材料，深入解析了栽培种茶树群体与特殊代谢物之间的关系，黄烷醇、黄酮醇单/双糖苷、原花青素二聚体等酚类代谢物为阿萨姆变种的特征代谢成分，该研究为阐明茶树中特殊代谢物的多样性形成机理奠定了基础。

我国茶树资源非常丰富，特别是野生茶树资源中常富含特异功能成分，亟待收集保存、鉴定评价和开发利用。在福建南部新发现一类低咖啡碱资源红芽茶，与南昆山毛叶茶相比，红芽茶在形态学上具有明显差异；代谢谱分析发现红芽茶资源基本不含咖啡碱，富含可可碱，顺式儿茶素EGCG等含量低、GCG等反式儿茶素含量高，并且含有常规栽培茶树缺乏的原花青素GC-GCG、四没食子酰基葡萄糖等特异成分。在福建还发现了同时富含苦茶碱、甲基化EGCG的秃房茶资源——白芽茶。在广西白毛茶和云南昔归古树茶等茶树资源中，鉴定出了C-8N-乙基-2-吡咯烷酮取代的黄烷-3-醇类代谢物，该类化合物之前只发现于加工后储存一定时间的白茶等茶叶中。

4.茶树种质资源的优异基因发掘

克隆了茶树咖啡碱合成酶1（TCS1）的6个等位基因，通过序列分析和定点突变，发现TCS1蛋白的第269位氨基酸对底物的选择性和咖啡碱合成酶活性起着重要作用。利用关联分析发掘了1个与咖啡碱含量相关的功能SNP位点，并成功开发了1个CAPS标记。此外，从非咖啡碱为主的野生茶树种质资源——红芽茶和可可茶中克隆出相应的咖啡碱合成酶基因，发现相应的重组蛋白只有可可碱合成酶活性而无咖啡碱合成酶活性。发现无咖啡碱的纯合个体的TCS1都有1个TTC三碱基的插入，可以作为低咖啡碱性状的筛选标记。

何蓉蓉团队从云南苦茶中鉴定出3个N9-甲基转移酶基因。此外，比较CkTcS在苦茶和普洱茶资源叶片中的转录表达结果发现，该基因在苦茶中的表达量显著高于普洱茶，推测这可能是造成苦茶碱含量在两种植物中差异显著的重要原因。通过研究2种不同遗传背景的群体（自然群体和F1分离群体）的基因型及儿茶素含量，发现茶树F3'5'H的基因型能解释高达53.0%～74.3%的儿茶素指数的表型变异，表明F3'5'H是1个调控儿茶素合成的关键基因。

在构建舒茶早基因组时，鉴定出1个新的调控茶氨酸生物合成关键酶基因CsTSI（Theaninesynthetase），证明了CsTSI具有体外合成茶氨酸的酶活性。乙胺作为茶氨酸的合成前体物质，在茶树根部由丙氨酸脱羧酶将丙氨酸脱去羧基生成。从茶树中克隆出1个新的丝氨酸脱羧酶（SDC）基因，并被命名为丙氨酸脱羧酶基因（CsAlaDC）。该基因能够催化丙氨酸脱羧，在茶树根部的表达水平显著高于叶片。同源克隆得到9个茶树氨基酸跨膜家族基因（CsAAPs），其中CsAAP1在茶氨酸从茶树根部向地上部运输中起到重要作用，该研究结果首次证实了CsAAP家族参与茶氨酸从根部向新梢的运输。

5.茶树种质资源的创新利用利用

优异种质资源培育新品种是我国茶树育种研究的重要内容。目前共育成无性系新品种近300个，其中系统选育品种超过70%。中国农业科学院茶叶研究所分别与浙江天台、缙云、龙游等地合作，利用当地的黄叶茶特异资源育成了中黄1号、中黄2号、中黄3号等黄叶茶新品种，已取得了显著的社会和经济效益。

随着更多功能基因的发掘、新型分子标记的开发及对主要性状遗传规律的深入解析，分子设计育种将成为园艺作物遗传改良的主要方向。中国农业科学院茶叶研究所等单位开发出了鉴定高花青素、低咖啡碱、高苦茶碱和高二羟基儿茶素等性状的功能标记，并应用于种质创制和分子标记辅助选择育种。在茶树遗传转化及基因编辑等技术上，华南农业大学、湖南农业大学等单位进行了持续探索和攻关，基因编辑技术已应用于茶树基因的功能验证。

二、茶树种质资源研究领域存在的问题

1.茶树资源收集保存不够系统

由于受到市场追捧，野生茶树被直接采挖或过度采摘死亡，以及毁林种茶现象时有发生，同时野生茶资源因自身遗传特性限制，有性繁殖和无性繁殖都比较困难，其自然居群更新程度低，导致自然种群数量不断减少，我国一些珍稀野生茶树资源正逐渐变得稀少。此外，近年来优良无性系品种的大面积推广，一些特色地方群体品种已面临丢失的危险。当前我国保存的国外茶树资源数量较少，特别是缺乏老挝、缅甸、越南、印度东北部等南亚和东南亚的野生茶组植物，因此需要加强国际合作，收集引进国外的茶树种质资源。

2.对茶树种质资源缺乏精准深入的鉴定评价，对重要农艺性状形成的规律认识不清

茶树重要农艺性状精准鉴定尚处起步阶段，对抗逆性和生化成分等的鉴定能力需要提升，缺乏高精度的变异组图谱，特别是对珍稀、野生茶树资源的鉴定评价较少、深度不够，这限制了茶树种质资源的广泛利用，造成在育种上进度缓慢、优良新种质少的现象。

同时，探明茶叶功能性成分及其医学保健功效，需在综合性交叉领域开展具有战略导向性的基础研究，涉及化学、生物学、医学等众多学科领域的交叉与综合。长期以来，受困于茶树生长周期长、一些性状受到环境的影响较大等因素，控制品质、抗性、发育等重要性状的遗传规律和调控机制多不明确，导致当前茶树种质创新利用有很大的盲目性和随意性。

此外，茶树虽已有6个不同资源染色体级别的参考基因组，但茶组植物内遗传变异大，很多决定特异功能组分和性状的基因在栽培茶树中不存在。茶树种质资源整体变异丰富，但研究中发现资源圃中收集的栽培种茶树遗传变异较小，需进一步构建更加科学合理的茶树核心种质，最大程度地代表整个资源的遗传多样性，提高资源的鉴定和发掘效率。同时由于茶树遗传背景复杂，不同研究对茶树是否经历驯化的结论明显不一致，因此今后相关研究在选择实验材料上要更加注重准确性和代表性。

3.对茶树种质资源的发掘利用不够充分

茶树资源中具有重要应用价值的基因挖掘和利用不够深入，对育种研究的支撑作用还有待提升，如同时具有低咖啡碱、高缩合单宁等优异性状的特异资源南昆山毛叶茶等长期以来未能应用于茶树品种的遗传改良。尚未建立起创新种质中优异基因快速检测、转移、聚合和追踪的技术体系，对重要经济性状进行遗传改良存在着亲本选配盲目、鉴定周期长、成本高等问题。此外，由于缺乏高效的茶树转基因技术体系和成熟的基因编辑技术体系，导致茶树的研发能力明显滞后于柑橘、苹果等其他木本园艺植物。

4.缺乏茶产业发展亟需的优异新种质

茶树种质创新现以常规杂交等传统方法为主，存在效率低、盲目性大等技术瓶颈，加上缺乏早期鉴定技术，导致研发周期长，茶树种质创新和新品种选育进展相对缓慢，尚不能满足茶产业快速发展对新品种的需求。近年茶产业同质化竞争逐渐加剧，对机采、多元化和专用特异茶树品种需求迫切。当前，除叶色变异（白化、黄化和紫化）和高茶氨酸等新品种外，其他类型的专用、特异品种较少。

三、茶树种质资源研究“十四五”重点发展方向

1.加大珍稀、濒危、特有、地方特色与国外茶树资源的收集保存

在扩建高水平茶树资源圃，增加资源保存数量和提高管理利用水平的同时，要继续加强茶树种质资源的收集和保存，加快查清茶树种质资源具体情况，加大珍稀、濒危、特有资源与地方特色品种收集力度，特别要重视茶树野生近缘种的调查、收集，确保茶树资源不丧失。系统开展濒危资源的调查和收集，解析其生存状况和濒危机制，建立异位和原生境保护相结合的保护体系。要加快完善国外资源的引进和保存体系，有针对性地引进各种具有育种和科学研究价值的茶树资源。

2.加快茶树资源的精准、高通量鉴定评价

要根据保存资源的特性和研究需要进一步构建更加科学的茶树核心种质，浓缩茶树资源的遗传多样性。构建含更多代表性茶组植物（特别是尚未开展深入研究和新发现的野生近缘种）的泛基因组图谱，开展茶树起源与种质资源多样性研究，阐明野生种、地方品种和育成品种的演化关系。通过表型组学、代谢组学、基因组学、转录组学、蛋白组等多组学的研究，高通量和规模化鉴定茶树核心种质的表型、代谢物、基因型和基因表达，建立茶树生物多组学数据库，构建茶树的遗传变异图谱，揭示茶树遗传变异的主要形式，为解析多基因控制性状的遗传构成提供基础工具。选择遗传背景和性状差异明显的茶组植物建立遗传分离群体，在对农艺和品质性状开展精准评价的基础上，利用全基因组水平的高通量基因分型技术，深入剖析重要性状的遗传结构，分离关键基因并开展深入的功能分析，探索重要性状决定或调控的遗传学基础及网络，并开发基于功能基因的分子标记，建立优异茶树种质资源的早期筛选与鉴定技术体系。

3.针对产业发展趋势和消费者需求加快茶树种质的创新利用

由于茶树种质创新利用的长期性，要瞄准未来10～20年茶产业的发展趋势，同时以满足消费者的需求为目标开展新种质创制。以“多元化利用”“轻简省力”“节本增效”“提升质量安全”“具有地方特色”等为目标，高效创制功能成分特异、适合开发新兴茶饮料和超微茶粉、适合机采、营养高效、优质多抗、满足地方茶产业发展需求且综合性状优良、育种利用价值高的突破性新种质。规模化发掘优异基因和携带优异等位基因的种质，研究优异新种质多基因聚合技术，利用远缘杂交发掘利用野生近缘种中的优异基因。借鉴苹果、柿子、柑橘、桃等果树上的成功经验，使用胚培养、培养箱促使种子提早出苗、高效肥培管理技术加快幼年茶树生长、嫩枝嫁接、分子标记筛选等技术手段，将传统杂交与现代生物技术和分子标记辅助选择等有机整合，有效缩短育种周期和提高茶树种质创制效率。同时，通过嫁接扩大早期穗条数量、扦插时使用激素等技术措施加快新种质的繁育与利用。通过协作攻关建立起高效的茶树遗传转化技术体系，研发适用茶树的基因编辑载体，通过基因编辑技术定向创制新种质，进而快速改良茶树重要农艺性状，加速育种进程。探索野生茶树的快速从头驯化，为未来创制品质优、功能成分特异和抗性强的突破性茶树新种质开辟新的研究方向。

4.建立起全国协作的茶树种质资源研究和利用体系

首先，需要稳定一支多学科交叉的从事茶树资源研究的人才队伍，建立从资源收集保存、鉴定评价到创新利用等多方面的协作网络，全面提升我国茶树资源的研究水平。同时，需要加快茶树种质资源共享平台的建设，建立茶树种质资源性状信息、分子数据和载体品种等信息数据库，促进资源整合、保护、共享和利用。加强茶树繁育、生产企业与茶叶科研单位、高等院校等公益性单位的联合协作，通过资源共享、人员共享和实验平台共享，加快茶树新品种的培育和推广力度。

本文有删节，具体内容详见《中国茶叶》2021年第9期，P42-49，《茶树种质资源研究“十三五”进展及“十四五”发展方向》，作者：金基强，张晨禹，马建强，陈亮。

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