茶樹是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物。高度雜合的二倍體茶樹，其參考基因組的組裝結(jié)果混雜了雙親等位基因組的嵌合序列，盡管這樣的組裝便于比較和分析數(shù)據(jù)，但都忽略了可能具有潛在生物學(xué)功能并影響高度雜合基因組質(zhì)量的等位基因變異。迄今為止，已在舒茶早、龍井43、碧云等綠茶品種上組裝了高質(zhì)量的染色體級(jí)別基因組，但未見烏龍茶品種基因組研究報(bào)道。
黃旦，又名黃棪、黃金桂，是福建省主栽的優(yōu)良茶樹品種，于1985年通過全國農(nóng)作物品種審定委員會(huì)的認(rèn)定(編號(hào)：GS13008-1985);2018年通過國家非主要農(nóng)作物品種登記(GPD茶樹(2018)350003)。黃旦不僅是國家烏龍茶新品種選育的對(duì)照種，而且作為高香優(yōu)質(zhì)骨干親本，已培育出一系列優(yōu)良的雜交種，包括包括茗科1號(hào)(編號(hào)：國審茶2002017)、黃觀音(編號(hào)：國審茶2002015)、黃奇(國審茶2002018)、金牡丹(編號(hào)：國品鑒茶2010024)、黃玫瑰(編號(hào)：國品鑒茶2010025)、瑞香(編號(hào)：國品鑒茶2010017)紫玫瑰(編號(hào)：閩審2005003)、春閨(編號(hào)：閩審2015001)、金茗早(新品系)等。黃棪作為高香優(yōu)質(zhì)的骨干親本，在我國茶樹育種中具有極高的代表性。
近日， Horticulture Research在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)葉乃興教授團(tuán)隊(duì)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張興坦研究員團(tuán)隊(duì)題為Genetic basis of high aroma and stress tolerance in the oolong tea cultivar genome的研究論文。該文章通過PacBio CCS和Hi-C測(cè)序結(jié)合ALLHiC算法，首次組裝獲得烏龍茶品種‘黃旦’的二倍體染色體級(jí)別基因組與兩套單體型染色體級(jí)別基因組。
該研究獲得了國家級(jí)烏龍茶品種黃旦的二倍體染色體級(jí)別參考基因組，大小為2.94Gb，與使用流式細(xì)胞儀的測(cè)定結(jié)果一致。黃旦基因組的雜合度為2.79%-3.40%，contig N50達(dá)到2.61Mb，LAI值為16.16，BUSCO指數(shù)為95.0%，注釋獲得43779個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，70.75%的黃旦基因組序列被注釋為重復(fù)序列。黃旦與古茶樹DASZ之間具有最多的結(jié)構(gòu)變異注釋基因，而烏龍茶品種黃旦與綠茶品種舒茶早和龍井43間的結(jié)構(gòu)變異注釋基因與香氣途徑相關(guān)，表明結(jié)構(gòu)變異可能影響黃旦的高香品種特性。
Fig. 4: Analysis of SVs and related genes.
結(jié)合SV、轉(zhuǎn)錄組和揮發(fā)物測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)TPS家族基因的結(jié)構(gòu)變異、廣泛且特異地高表達(dá)是黃旦品種高香特性的分子基礎(chǔ)。該研究通過比較基因組學(xué)觀察到低溫調(diào)控核心因子CBF在茶樹染色體上的串聯(lián)進(jìn)化模式。
Fig. 6: Phylogenetic and tissue expression analysis of TPS genes from HD and SCZ.
此外，獲得高雜合性茶樹的兩組單體型基因組HA和HB，總共包含30條假染色體，其中HA長度為2.90Gb，HB為2.97Gb。BUSCO分析表明，HA和HB分別注釋87.7%和85.9%的保守單拷貝基因，而完整的BUSCO基因的注釋率為95.2%。兩組單體型基因組存在大量遺傳變異，包括2357萬個(gè)SNP，114萬個(gè)插入和113萬個(gè)缺失。59.38%(26000/43779)的編碼基因可定義為等位基因，平均相似度為92.6%，Ka/Ks比為0.61。
黃旦高質(zhì)量單體型基因組和二倍體基因組具有豐富的遺傳信息，可為茶樹的功能基因組學(xué)研究與精確分子育種奠定基礎(chǔ)。
基因組和轉(zhuǎn)錄組的原始數(shù)據(jù)和注釋數(shù)據(jù)均已上傳國家基因組信息中心網(wǎng)站https://bigd.big.ac.cn/，總編號(hào)為PRJCA003382。
此外，可通過百度云網(wǎng)盤下載，鏈接：https://pan.baidu.com/s/1R89umQRTmWpRSOow-4L3vA，提取碼：fafu。
福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院/茶學(xué)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的葉乃興教授和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所張興坦研究員為該論文的共同通訊作者，福建農(nóng)林大學(xué)2018級(jí)博士研究生王鵬杰和2019級(jí)碩士研究生余嘉鑫為該論文的共同第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)楊江帆教授、金珊講師/博士、岳川副教授、高水練副教授、孫云教授、郭玉瓊教授、2018級(jí)碩士研究生陳帥也參與了該項(xiàng)研究。
該研究是在福建省“2011協(xié)同創(chuàng)新中心”中國烏龍茶產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心專項(xiàng)(閩教科〔2015〕75號(hào))、安溪茶葉重大科技創(chuàng)新專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金(31701874)、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(茶葉)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(CARS-19)等項(xiàng)目的資助下完成。
通訊作者簡介
葉乃興，福建農(nóng)林大學(xué)教授，茶學(xué)學(xué)科主任，中國茶葉學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)工作委員會(huì)委員，長期從事茶樹栽培育種與茶葉品質(zhì)化學(xué)研究，參與育成金觀音、黃觀音、金牡丹、悅茗香、紫牡丹、黃奇等國家級(jí)茶樹優(yōu)良品種;主編規(guī)劃教材2部，主編出版《白茶科學(xué)?技術(shù)與市場(chǎng)》《中國烏龍茶種質(zhì)資源利用與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究》《福州茉莉花與茶文化系統(tǒng)研究》等茶學(xué)書著;在國內(nèi)外期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇;獲得福建省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng);授權(quán)發(fā)明專利11件。榮獲中華優(yōu)秀茶教師、張?zhí)旄２枞~發(fā)展貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、閩茶之星等榮譽(yù)稱號(hào)。
原標(biāo)題：
茶葉科技進(jìn)展 | 福建農(nóng)林大學(xué)葉乃興教授團(tuán)隊(duì)揭示高香優(yōu)質(zhì)烏龍茶品種‘黃旦’的單體型和二倍體參考基因組
來源：中國茶葉學(xué)會(huì)
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