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　　我國現(xiàn)存最早的中醫(yī)醫(yī)藥典籍《本草經(jīng)》記載：“神農(nóng)嘗百草，日遇七十二毒，得荼（茶）而解之?！边@說明了茶的神奇功效。茶樹起源于我國的云南、四川等地，在從中國向世界各地數(shù)千年漫長傳播歷程里，與全球多元文化邂逅交融，發(fā)展形成了今天地球上復(fù)雜而美妙的茶文化。茶之所以廣受歡迎，除了有迷人的香氣和令人愉悅的滋味，還因為茶葉中含有許多對人們健康有益的特征性成分，諸如多酚、茶氨酸、咖啡因、維生素、芳香油和礦物質(zhì)等。

　　一直以來，業(yè)內(nèi)對于茶葉的香氣、風(fēng)味和品質(zhì)之間的關(guān)系，以及茶樹為什么可以在全球擴散并種植等問題，認為需要通過基因組學(xué)策略來研究。耗時7年，中國科學(xué)院昆明植物研究所研究員高立志帶領(lǐng)的團隊于2017年首次成功破譯了茶樹基因組。

　　日前，高立志在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示：“如果說化石可以幫我們找到山茶屬植物最早起源與演化的證據(jù)，那么基因組測序可以探究茶的生物學(xué)奧密。”

　　立志破譯茶樹基因 

　　如今，茶樹被種植在全球超過380萬公頃的土地上。來自國際茶樹委員會的數(shù)據(jù)顯示，2016年，全球茶葉產(chǎn)量546.3萬噸，其中，中國產(chǎn)茶量235萬噸。高立志說：“茶葉不僅在中國而且在世界范圍內(nèi)具有巨大的經(jīng)濟、醫(yī)藥、科研和文化價值。”

　　然而，在世界三大飲料植物中，咖啡和可可的基因組相繼被歐美國家完成了測序，唯獨茶樹基因組遲遲未被破譯。

　　2006年，高立志從美國回到云南，加盟依托于中科院昆明植物所的中國西南野生生物種質(zhì)資源庫?；貒笏龅牡谝患笫戮褪琴徺I了我國第一臺二代高通量測序儀Solexa GA II，隨后他帶領(lǐng)團隊在國際上首次破譯了稻屬植物5個物種全基因組。

　　有了水稻基因組測序的項目經(jīng)驗，2010年，高立志帶領(lǐng)植物種質(zhì)資源、基因組學(xué)與生物信息學(xué)研究團隊，首次在國際上啟動了茶樹基因組計劃。

　　茶樹基因為何難測 

　　高立志團隊聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、遼寧師范大學(xué)、云南省茶葉科學(xué)研究所、金華國際山茶園、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)和華盛頓大學(xué)等單位的相關(guān)研究團隊，率先在國際上完成了栽培茶樹大葉茶變種國家級良種云抗10號核基因組的測序和組裝，獲得了約30.2億堿基對的高質(zhì)量基因組參考序列，注釋得到36951個蛋白編碼基因。

　　深入研究后團隊發(fā)現(xiàn)，茶樹基因組龐大的原因居然是長末端重復(fù)序列反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族。在過去5000萬年以來，茶樹基因組中長末端重復(fù)序列反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子家族經(jīng)歷了多次特別是近期的大量爆發(fā)，它們長期而緩慢地擴增，卻又缺少有效的DNA刪除機制，導(dǎo)致茶樹基因組變得十分龐大。

　　高立志指出：“現(xiàn)在的茶樹基因組跟人類基因組差不多大，咖啡基因組大小僅為它的四分之一，而水稻和可可的基因組大小只有它的八分之一左右?！?/p>

　　茶樹為什么如此復(fù)雜，使得基因組測序很困難？因為茶樹是一種高度自交不親和的異交植物。高立志舉了一個形象的例子：“茶樹的花粉落到自己的株頭上很難成功授粉，這使得幾乎每個茶樹個體都是雜種，新個體產(chǎn)生時候只知道自己的茶樹媽媽是誰，不知道爸爸是誰?！?/p>

　　茶樹這樣基因組高度雜合的特點，顯然給開展基因組測序帶來了很大的麻煩。高立志團隊發(fā)現(xiàn)，茶樹基因組雜合度高達2％；重復(fù)序列含量極高，約占整個基因組的80.9%。高立志將測序工作簡單地描述為以下幾步：先將一條很長的DNA鏈剪成一個個小段，接著用二代高通量測序儀測序，最后也是最重要的一步是拼接還原。雜合度高、重復(fù)序列含量也高的基因組，不僅組裝復(fù)原困難，而且非常容易出錯。

　　最后一步組裝工作極其困難，高立志團隊花了4～5年時間才完成，最終攻克了茶樹這樣高雜合、高重復(fù)和基因組龐大的植物基因組測序的難題。

　　為何只有茶組植物適合制茶 

　　茶樹所在的山茶屬植物多達119種，一個重要卻長期困惑人們的問題是，為什么只是茶組植物的葉子適合制茶，而非茶組植物，比如人們熟知的茶花和油茶等的葉片不能作為茶飲。

　　為此，高立志帶領(lǐng)團隊對大多數(shù)茶組植物和非茶組的代表植物進行了植物化學(xué)成分的比較分析，發(fā)現(xiàn)茶樹和其他的茶組植物富含茶多酚和咖啡因，從而區(qū)別于非茶組物種。

　　研究還發(fā)現(xiàn)，茶樹近期曾經(jīng)發(fā)生過一次全基因組重復(fù)事件，加上大量的特異基因家族的擴增，導(dǎo)致茶樹基因組里與茶葉的香氣、風(fēng)味與品質(zhì)密切相關(guān)的基因顯著地擴增了，擴增的結(jié)果是不僅促進茶樹適應(yīng)全球多樣化環(huán)境，還通過優(yōu)勝劣汰的自然選擇促進了茶樹抗病基因家族的增長，使其成為世界性飲料植物。

　　高立志總結(jié)道，山茶屬中第一個基因組的獲得，不僅可以了解山茶屬植物基因組與基因的進化規(guī)律，還促進了世界四大木本油料植物之一的油茶、世界十大名花山茶花和被譽為“植物大熊貓”的金花茶的遺傳育種。

　　通過與不同團隊的合作交流，高立志已成為一位茶學(xué)專家，并在研究中進一步證實野生茶跟栽培茶樹風(fēng)味不一樣的遺傳基礎(chǔ)。茶樹野生近緣物種因蘊藏著豐富的優(yōu)異新基因，有望開拓新的茶葉市場，使中國的茶文化在國家的“一帶一路”倡議中再次走向世界。