近日 ， 我国科学家成功破解了铁观音基因组 ， 并探明了铁观音在漫长时间里的演化史 。
在数以百万年的时光长河里 ， 一株茶树经历了怎样的变化？人类的驯化和栽培 ， 又赋予了它怎样的变化？
近日 ， 采访人员从中国农科院获悉 ， 该院深圳农业基因组研究所联合多家单位 ， 成功破解了铁观音基因组 ， 并探明了铁观音在漫长时间里的演化史 。 这一成果 ， 为茶树功能基因组学研究、现代生物育种奠定了坚实的理论基础 。 该研究得到国家重点研发项目的资助 ， 研究成果发表在《自然遗传学（Nature Genetics）》上 。
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中国是茶叶的发源地 ， 也是最早栽培驯化茶树的国家 。 受访者供图
铁观音基因的秘密
该研究选取的基因组测序对象“铁观音”是全国十大名茶之一 ， 因茶树自交不亲和、种间频繁杂交等因素 ， 导致其基因组高度杂合、组装难度很大 。
深圳农业基因组所研究员张兴坦告诉采访人员 ， 研究团队成功拼接了两套铁观音基因组 ， 并进行了分型基因组组装鉴定 ， 以及对161个茶树品种和15个近缘种进行了重测序分析 。 结果显示 ， 来自父母本的两套单倍型之间存在大量遗传变异 。
铁观音距今已有约300年的栽培历史 ， 长期的无性繁殖积累大量体细胞突变（包括有害突变） ， 增加了遗传负荷 ， 导致其适应性降低 。
然而 ， 人们对无性繁殖作物如何应对遗传负荷这一问题知之甚少 。 此次研究中 ， 研究人员针对这一问题进行了深入探索 ， 揭开了作物自我应对遗传负荷的秘密 。
研究结果显示 ， 在无性繁殖的茶树基因组中 ， 显性效应可能是其应对遗传负荷的重要机制 。 面对大量积累的体细胞突变或有害突变 ， 长期无性繁殖的茶树利用优势等位基因 ， 应答不断积累的遗传负荷 ， 以维持其正常的生长发育和对环境的适应性 。
百万年演化 ， 小叶茶北迁
【人们|我科学家探明茶树驯化史】在分析铁观音基因的基础上 ， 科学家们开始探索茶树在漫长的演化史、驯化史中发生的变化 。
分析结果显示 ， 大约在200万年前的格拉斯安地质时代 ， 气候等环境因素剧烈变化 ， 使得大叶茶和小叶茶的祖先遭遇了瓶颈效应 。 在生物学中 ， 瓶颈效应是指生物群体遭遇外部影响 ， 大批量灭绝 ， 只在某些特定地域留下小部分的现象 ， 瓶颈效应会导致物种基因的多样性急剧降低 ， 要经历漫长的时间 ， 才有可能恢复 。 这次瓶颈效应也促使了大叶茶和小叶茶的分化 。
此后 ， 一直到2万年前 ， 最后一次冰河世纪来临前 ， 大叶茶和小叶茶的分化一直没有中断 。 受环境影响 ， 大叶茶主要在云贵地区生存 ， 从云贵往北 ， 湖南、湖北、山东等地 ， 则以小叶茶为主 。
“大约2万年前的冰河世纪中 ， 包括铁观音在内的小叶茶 ， 经历了第二次瓶颈效应 ， 而主要生存在云贵高原的大叶茶 ， 受到的影响不大 ， ”张兴坦说 ， “这次瓶颈效应 ， 也造成了小叶茶多种性状的变化 ， 比如叶片变得更小、株高降低等 。 ”
3000年驯化 ， 不同选择造就不同品种
大约3000年前 ， 巴渝地区的人们开始使用茶叶 。 通过基因组鉴定、重测序分析等技术手段 ， 科研人员发现了不同地区驯化茶树的过程中 ， 人们是如何选择不同的基因的 。
“我们通过遗传分析发现 ， 在大叶茶中 ， 有874个基因受到了驯化 ， 小叶茶有920个 ， 其中重合的只有95个 ， 这说明 ， 大叶茶和小叶茶的驯化 ， 并非先后顺序 ， 而是经过不同地域中的人们 ， 分别驯化而成的 。 ”张兴坦介绍 。
为进一步了解人类驯化过程中的选择倾向 ， 科研人员将栽培茶树分成两大类 ， 并分别和野生种对比 ， “我们把茶树栽培种分成地方种和精英种 ， 地方种多是各地方培育的品种 ， 更像是一种早期驯化的结果 ， 而精英种则指经过国家审定的品种 ， 可以适应更多环境的优良品种 ， 更像是后期改良的结果 ， ”张兴坦说 ， “将地方种和野生种进行比较 ， 可以观察到早期驯化的变化 。 其中 ， 在大叶茶中 ， 人们更喜欢糖苷转移类基因 ， 简单形容的话 ， 就是人们会选择口感更甜的茶树 。 小叶茶的早期驯化中 ， 则更偏向于对抗昆虫的侵害 ， 因为我们发现了很多应对昆虫啃噬的次级代谢产物 。 ”
后期改良中 ， 人们的选择又和早期驯化不同 ， 张兴坦介绍 ， “通过精英种和野生种的对比发现 ， 大叶茶的改良中 ， 人们更多选择和生物碱、芳香气味合成相关的基因 ， 通俗来说 ， 就是大叶茶的香气更浓郁了 。 小叶茶则主要选择和冷胁迫相关的基因 ， 这说明 ， 为了适应气候的变化 ， 人们刻意提高了小叶茶的抗冷能力 。 有趣的是 ， 这些防御性的次级代谢物 ， 也和茶叶的香气有关 ， 这可能是一个巧合 。 ”
茶叶培育中也有“绿色革命”
上世纪60年代 ， 农业发展中出现了一次“绿色革命” ， 通过一系列技术手段 ， 大幅度提高了粮食产量 。 其中 ， 小麦和水稻的矮化是重要的变化之一 。
“随着产量的提高 ， 植株更高的作物 ， 在成长期很容易倒伏 ， 矮化就是为了应对这种现象而出现的 ， 当时被称为‘绿色革命’ ， ”张兴坦说 ， “通过研究 ， 我们发现 ， 在茶树驯化中 ， 矮化现象在大叶茶和小叶茶中 ， 也都出现过 。 ”
张兴坦介绍 ， 研究人员在大叶茶和小叶茶中 ， 找到了两个和矮化相关的基因 ， 并认为这两个基因在驯化过程中 ， 参与到了茶树演化的过程里 。 “在早期驯化过程中 ， 大叶茶就表现出了变矮的趋势 ， 而在改良中 ， 小叶茶也在变矮” 。
人类为什么需要茶树变矮？目前仍未有确切的答案 ， 张兴坦告诉采访人员 ， 有一些可能的原因 ， 比如抗冷 ， 比如便于人类采摘等 。
中国是茶叶的发源地 ， 也是最早栽培驯化茶树的国家 ， 张兴坦告诉采访人员 ， 目前 ， 还没有确切的茶树迁徙路线 ， 但在未来 ， 随着越来越多茶树种类的全基因测序完成 ， 确实有可能探明茶树驯化和迁徙的路线 。
新京报采访人员周怀宗
编辑唐峥校对卢茜
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