茶树是重要的经济作物，它是世界上最古老且消费广泛的饮料。由于茶树的异花授粉和人类选择，使茶树种质资源具有非常丰富的遗传多样性，但是高杂合度和高重复序列制约了其研究。茶树基因组序列的破译能够加快解析茶树种质资源的遗传多样性。

 

 

 

2020年9月7日，Nat Communi杂志在线发表了来自中国农业科学院茶叶研究所杨亚军课题组联合陈亮课题组等课题组发表了题为“Population sequencing enhances understanding of tea plant evolution”的研究论文。该研究公布了'Longjing 43'茶品种的染色体水平的高质量组装基因组，并对世界各地的139个茶种的基因组重测序揭示了茶种的进化和系统发育关系。

 

 

 

 

 

 

 

世界主栽茶树分属两个变种: 中国种（CSS）和阿萨姆种（CSA），前者叶小，分布广泛耐冷性，适制绿茶等六大茶类；后者叶大，主要分布在热带和冬季温暖的亚热带地区，适制红茶和普洱茶。由于不同种类的茶容易杂交，因此难以准确地对不同杂交种的后代进行分类。此外，许多形态特征是连续的，这使得很难识别生物分类群。因此茶树分类法通常缺乏全面的基因组证据，因此需要使用种群重测序进行进一步分析，以在全基因组水平上优化分类法分配。

 

 

 

之前研究最早已经公布了两种茶叶的基因组，它们分别是：

 

 

 

1. 2017年6月，Molecular Plant 杂志在线发表了来自中国科学院昆明植物研究所高立志课题组发表了题为“The Tea Tree Genome Provides Insights into Tea Flavor and Independent Evolution of Caffeine Biosynthesis”的研究论文。该研究完成了栽培茶树大叶茶种 “云抗10号（YK10）” （阿萨姆种）基因组的测序和组装，获得了约30.2亿碱基对的高质量基因组参考序列，注释得到36,951个蛋白编码基因。

 

 

 

2. 2018年4月21日，PNAS杂志就在线发表了安徽农业大学宛晓春团队等以国家级茶树品种“舒茶早（SCZ）”（中国种）为材料，用二代和三代测序技术对其进行测序，采取杂合组装策略，获得覆盖基因组93%区域的高质量序列草图。

 

 

 

但是上述研究的两个基因组没有在染色体水平组装，并且相关的scaffold N50值小于1.4 Mb，从而排除了重要基因间区域的表型变异和基因组进化的评估。因此该研究从头测序并组装了“龙井43”（LJ43）（中国种）品种的基因组，该品种是中国栽培最广泛的茶品种之一，其特征是许多理想的性状，包括高抗寒性，广泛的人工林适应性，早期发芽，极好的味道和良好的香气。

 

 

 

该研究表明LJ43基因组的预测大小约为3.32 Gb，大于组装的YK10（2.90–3.10 Gb）和SCZ（〜2.98 Gb）基因组。并且结合SMRT长读取和Hi-C方法，得到scaffold N50为144 Mb，88.36％基因完整性和碱基准确性为99.999％，表明在单碱基和支架水平上，LJ43基因组的组装精度都很高。该研究进一步确认LJ43基因组的2.38 Gb（80.06％）是重复序列，其中60.77％（1.98 Gb）的序列为长末端重复（LTR）逆转录转座子。

 

 

 

 

 

 

之后，该研究重测序了从世界各地收集的139种茶种的基因组。其中重测序的平均深度为每个基因组13.67倍。鉴于LJ43基因组的注释正确且具有高度连续性，该研究选择该基因组作为参考基因组。通过构建系统发生树揭示了种质间的亲缘关系，即所有样本都分为CSR，CSS和CSA三种独立进化的种群。

 

 

 

 

之后为了了解CSS和CSA茶之间的风味及耐寒性等差异等遗传基础，该研究在CSA和CSS群体中分别鉴定出总共1336个和1028个显著选择性的基因。与CSA相比，在CSS中，涉及风味代谢和耐寒性的基因已进行了更强的选择，这与中国东部和北部的茶种（例如绿茶和乌龙茶）具有独特的香气和耐寒相关。此外，该研究还表明NB-ARC基因可能在赋予耐寒性的CSS品种中起重要作用。