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茶树种质资源与遗传改良研究

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于古茶树中,见山海,入深川

 

什么是古树普洱茶?

“古树茶的叶子相对台地茶壮硕,叶面革质感明显,叶脉清晰,叶边齿状无规律状,叶背毛少。”这是百度对古树普洱茶的解释。

 

什么是古树普洱茶?

“野茶园里的老茶树,又粗又高,要爬上去采”这是茶农对古树普洱茶的解释。

 

什么是古树普洱茶?

“长在深山老林里,生态环境特别好,野生的,几百年的古茶树”这是茶商对古树普洱茶的解释。

 

开课研修时间:

2019年1月5日至10日

 

究竟什么是古树普洱茶???!!!

 

古树普洱茶的多样性和稀有性众所周知,然而,古树普洱茶浩若烟海,广布于深山老林、僻野村寨,要窥及全豹,实非易事!古树普洱茶,让无数藏家与经营者又爱又恨!爱她的高品质与独特性,恨她的高门槛和复杂性。

 

茶源古树普洱茶原产地的弘益大学堂,都致力于研发一套全面科学、系统规范的原创古树普洱茶的教学体系。经过长期筹备,历时两年研发,在2016年开设两期:《古树普洱茶收藏品鉴师》专题课程的基础上,我们总结经验,反复修正。2019年,弘益汇集中国普洱茶界享有声誉的9位资深专家、明星学者、传奇茶人组成前所未有的古普课程导师团!用6天的时间,从3大课程体系着手,透过60款古树普洱茶样的品鉴,建立完善每一位学员自己的古树普洱茶认知地图。

 

本课程融知识资料性、科学学术性、人文品鉴性与产业实用性于一体,是目前全国范围内最为专业齐备的古树普洱茶学习指南课程。适合从事古树普洱茶销售与制作、古树普洱茶收藏与投资,古树普洱茶科研与教学的相关人士。

 

 

三大茶区 60款茶样品鉴

 

 

不同年份、不同仓储茶品品鉴、茶汤韵味辨析

 

 

明清人文技法品鉴古树茶

 

 

授修内容

 

《古树普洱茶收藏品鉴师》三大学习认知体系之基础认知:

 

重磅课程之一:

《古树普洱茶的植物学意义——起源与演化、分类与传播》

 

重磅课程之二:

《云南古树普洱茶核心产区、核心品种详解》

 

弘益大学堂特邀专家导师:虞富莲

中国古树茶研究权威专家,中国农业科学院茶叶研究所研究员,茶树种质资源研究资深专家。曾任全国农作物品种审定委员会茶树专业委员,专业从事茶树种质资源研究,主持多个国家和农业部重点研究项目。考察和征集了全国大部分省区市的茶树种质资源,论证了一些新种和变型。主持建立国家茶树种质资源圃,保存茶树资源近3000份,筛选出一批优质资源供生产和科研之用。先后主持和参与制定《茶树种子和苗木》《茶树新品种特异性、一致性和稳定性测试指南》《茶树种质资源描述规范和数据标准》等多个国家标准。发表论文50多篇,著作二十余部,其中编著有《中国古茶树》,担纲主编有《中国茶树品种志》《走进茶树王国》,参编著作有《茶树良种》《中国农作物遗传资源》《中国茶经》《中国茶叶大词典》《中国作物及其野生近缘植物》《主要农作物起源与发展》《茶树种质资源与遗传改良》等。获国家科技进步二等奖1项、农业部科技进步二等奖1项和三等奖2项、“七五”中国农业科学院先进工作者称号。享受国务院政府特殊津贴。

 

重磅课程之三:

普洱茶茶园种植栽培深度解析与古树普洱茶的核心生态优势

 

弘益大学堂特邀专家导师:蔡新

云南农业大学普洱茶学院教授。1981年浙江农业大学茶学系研究生毕业。1995年-1996年公派赴英国Colworth实验室作访问学者。蔡新教授一直从事教学、科研和科技推广工作,先后为研究生、本专科学生讲授十一门课程;完成了多项茶学科研课题;编著《茶树种植与茶叶加工》,第二主编《作物营养学》,主编《云南省有机茶生产技术》、《茶树种植》、《茶叶加工》,参编《中国农业百科全书茶业卷》、《茶经浅释》、《茶经译释》、《世界园艺博览园植物名录》、《中国99昆明世界园艺博览会园艺百科全书》、《茶树栽培学》、《茶业生产技术》、《茶文化学》等书及教材。在有关学术期刊、学术会议及媒体上发表论文和科技文章30余篇。自2003年起担任《云南茶叶》主编。2004年由中国茶叶学会评选为“全国优秀茶叶科技工作者”;2006年获“云南省师德先进个人”称号。

 

重磅课程之四:《古树普洱茶的加工工艺——传统与创新》

重磅课程之五:《古树普洱茶——仓储密码》

弘益大学堂特邀专家导师:高峻

古树普洱茶研究知名青年学者,云南农业大学普洱茶学院副教授,云南省茶叶协会监事,《云南茶叶》责任编辑。从事高等茶学专业教育20余年,主要承担《茶叶加工学》《茶用香花栽培学》《茶学概论》《生态旅游学》等课程教学。主要从事优质茶叶生产技术,发展农业(茶业)生态生产力方面研究。

 

重磅课程之六:

《古树普洱茶品鉴实操——西双版纳茶区》

全面喝懂20款西双版纳茶区精品茶样

弘益大学堂特邀专家导师:韩子荣

知名古树普洱茶收藏家、研究者。云南省茶叶流通协会副会长,云南省茶马古道研究会学术研究员。著有《云南山头茶探秘》系列书籍,作者历时5年,行走数万公里,探寻了无量山脉的60多座古茶山,写就第一部云南山头茶寻茶指南。对西双版纳茶区有深刻独到的研究心得。

 

重磅课程之七:《古树普洱茶品鉴实操——普洱茶区》

全面喝懂20款普洱茶区精品茶样

 

弘益大学堂特邀专家导师:罗琼仙

1994年7月毕业于云南省农业大学茶学系,1997年至2003年12月在勐海茶厂工作,2003年12月调入省茶科所工作至今。高级工程师、高级评茶师。在勐海茶厂期间,主要从事压制茶类关键工序的监控、拼配、档案整理工作,同期参加勐海茶厂红茶、滇绿、普洱茶成品审评检验和晒青毛茶收购样制定等工作。在茶科所期间参与普洱茶仓储、普洱茶品种筛选、不同干燥处理压制茶长期贮藏后品质差异分析、茶园间种对茶叶品质影响、茶树放养茶叶品质变化等试验研究。在《西南农业学报》等期刊上发表论文20多篇。现阶段主要从事茶树管理对茶叶品质影响及茶叶加工、审评等培训研究工作。

 

重磅课程之八:《古树普洱茶品鉴实操——临沧茶区》

全面喝懂20款临沧茶区精品茶样

 

弘益大学堂特邀专家导师:何青元

现任云南省农业科学院茶叶研究所党委副书记、副所长(主持工作),中国茶叶学会常务理事、西双版纳普洱茶研究院院长、云南省农业科学院科学技术委员会委员、云南省轻纺工程高级工程师评审委员会委员、云南省科技特派员、云南省农作物品种审定委员会专家、西双版纳州科技成果评审委员会委员、国家茶叶技能鉴定高级考评员、《云南茶叶》主编;主要从事茶树种植、普洱茶、名优茶加工等研究及成果转化和技术推广工作;主持和承担国家、省重点项目40余项,主编和参编专著10部,在国家、省级刊物发表科技论文60余篇;2012年5月至2016年5月任勐海县副县长(挂职),主抓勐海茶产业发展和工业园区建设,为成功打造“中国普洱茶第一县”、“勐海茶、勐海味”做出了积极贡献,获得了社会各界的广泛好评和认可,在业界有较高的知名度和影响力。

 

重磅课程之九:《古树普洱茶品鉴实操——名山老寨

弘益大学堂特邀专家导师:杨旭恒

知名古树普洱茶收藏家,研究者。云南专业茶杂志《云南普洱茶春夏秋冬》主编、云南科技出版社社。策划、主编过《解读普洱一一最新普洱茶百问百答》、《中国普洱茶文化大观》、《石介茶》等一批普洱茶精品图书。对临沧茶区有深刻独到的研究心得。

 

重磅课程十:《古树普洱茶茶汤风味辨析》

 

弘益大学堂导师:尚高德

弘益大学堂副总教务长,弘益大学堂传统习茶法授修讲师,国家职业技能鉴定考评员,弘益茶文化中心茶事茶会活动执行长,弘益茶文化中心茶道美学展演执行长,担任中国青年茶人组织"华茶青年会"副秘书长,《云南普洱茶杂志春夏秋冬》特邀编辑。致力于中国传统雅致生活美学的实践与学习,从茶书、茶画、茶诗的典籍记载中精研习茶文化、闲雅生活、唐宋明习茶法,精道于把文人雅士的茶事美学与现代禅意慢生活联结,精力于通过中式传统的习茶雅风、茶会雅集,践行慧美的茶人情趣。

 

《古树普洱茶收藏品鉴师》三大学习认知体系之人文与产业认知:

 

重磅课程之十一:《古树普洱茶产业辨析与品牌案例研讨》

 

弘益大学堂专家导师:李乐骏先生

弘益大学堂、云南弘益职业培训学校校长、华茶青年会主席、云南省茶叶流通协会副会长、云南省古树普洱茶收藏研究会副会长、中国国际茶文化研究会理事、云南省青联委员。

 

2004年至2014年,十年耕耘,参与建设中国规模最大的茶业企业,大益集团。

 

2014年至今,二次创业。创办弘益大学堂,云南弘益职业培训学校,成为中国最年轻的茶校校长。编著出版《茶叶江山》,累计发行超过十万册,成为二十年来最畅销的茶文化书籍。创办弘益茶道美学在线内容平台,收获二十余万读者的订阅与认可。创办弘益手造,正在成为中国手造产业的先驱力量之一。挚爱中国茶,联合发起中华茶馆联盟,中国茶业新复兴计划,华茶青年会等行业组织,为中华茶产业的整合发展贡献资本与智慧,更为两岸四地百万青年茶人构建了学习成长,价值整合的大平台。

 

 

席位预约

 

时间2019年1月5日至10日,共6天

地点:云南省昆明市官渡区关上宝海路29号 弘益大学堂

学费确定报名者请缴纳1000元订金。研修费用(含学费,教材费,教务费,证书费、古树普洱茶茶品品鉴等)交通费与食宿自理

报名

课程顾问(电话丨微信):13108679683 

学习顾问(电话丨微信):13211793721 

 

课堂研修掠影

 

 

 

【教学环境】

 

弘益大学堂

领先的中华传统生活美学教育与传媒机构

弘益大学堂是一座中式传统生活美学教育大学堂,涵盖花道、茶道、香道、美学、琴艺、禅修等中式生活的方方面面。以现代教育理念,融合传统书院精神,为东方美学与生活艺术的回归不断践行。建设一所关照当代,波及未来,致力于让一代青年重拾传统精神,让今日社会重塑东方美学的中式传统生活美学教育大学,是弘益大学堂的终身愿景。

 

目前,已有超过3000名热爱茶道,香道,花道,生活美学的同修,从全国各地,来到世界茶源云南,共同见证弘益大学堂领先全国的教学品质和专业全面的生活美学平台。

 

弘益大学堂由中国茶广泛投资机构弘瑞君益文投投资建设。知名茶人,华茶青年会主席李乐骏先生担任校长。用百年育人的教育信仰,坚持教育的纯粹性,单一性。倡导教学不商业化,不以售卖产品为目的,还原生活美学教育的本真与美好。

 

在弘益大学堂,同修们将有机会聆听来自中国大陆,中国台湾,日本,韩国,英国等地超过75位顶级名师与学者的多达20余类原创课程。弘益大学堂,用大学情怀,办生活美学教育,真正做到一站式学习生活美学全部内容。

 

 

弘益大学堂总部教学空间位于投资5000余万建设的中国茶道美学知名地标,云南弘益茶文化中心内。空间面积2800平方米,设有专业煎茶道,点茶道,花道,香道,茶叶审评等教室十余间,更设有可容纳200余人举办茶会的茶道美学大厅,具备视频直播能力的专业音视频演播室等卓越硬件。完全为弘益学员前所未有的教学体验服务。弘益大学堂在昆明近郊,西双版纳,大理,丽江等地建设的游学书院,更可为全国同修带来别开生面的学习体验。

 

弘益大学堂下设的云南弘益职业培训学校,是由云南省人力资源与社会保障厅,云南省民政厅批准成立的合法民办学校。作为经政府审批的民办非企业单位,弘益大学堂严谨规范,创新担当,正在成为中国生活美学教育领域的卓越代表。

 


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茶树种质资源研究“十三五”进展及“十四五”发展方向

茶产业在我国茶区是乡村振兴的重要支柱产业之一。茶树种质资源是保障茶产业高质量发展的战略性资源,是茶科技原始创新、茶树育种和新产品开发的物质基础。我国是茶树的起源地,是世界上资源最丰富的国家。近年来,随着白叶1号、中黄系列黄叶茶和黄金茶等一批优异茶树资源的开发利用,有力地推动了我国茶产业的快速发展。本文简要总结了茶树种质资源研究“十三五”期间取得的主要进展,分析了存在的问题,提出了该领域“十四五”期间的发展方向,为茶树种质资源研究提供参考。

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。

来源:中国茶叶,信息贵在分享,如涉及版权问题请联系删除


茶树种质资源数字化研究及展望

一、茶树基因型数字化

基因型又称遗传型,是某一生物个体全部基因组合的总称。基因型数字化鉴定能够高通量准确鉴定基因型,是解析重要农艺性状相关遗传信息的基础,是茶树种质资源研究的必然发展趋势。

1.基因组组装

2017—2018年,利用二代测序技术进行基因组序列组装的云抗10号和舒茶早基因组草图陆续公布。其中,云抗10号组装得到的基因组大小为3.02Gb,包括了36951个注释编码蛋白;舒茶早基因组大小为3.14Gb,包含33932个注释编码蛋白。

随着三代测序和Hi-C技术的成熟,近些年公布了多个染色体水平的茶树基因组。利用Hi-C技术将舒茶早基因组草图提升到了染色体水平,scaffoldN50从原来的1.4Mb提升到218.1Mb,基因组中94.7%的序列被定位到了15条染色体中。利用PacBio和Hi-C技术,构建了染色体级别的舒茶早基因组,其大小为2.94Gb,具有50525个注释编码蛋白。利用PacBio和Hi-C技术获得了茶树碧云染色体级别的基因组图谱,其大小为2.92Gb,scaffoldN50为195.68Mb。公布了龙井43的染色体级别基因组序列,其基因组大小为3.26Gb,编码33556个注释蛋白。华中农业大学的研究团队公布了云南省古茶树DASZ基因组序列,该基因组为3.11Gb,编码33021个注释蛋白。福建农林大学和中国农业科学院基因所发布了黄棪和铁观音2个品种染色体级别的基因组序列。黄棪茶树基因组为2.94Gb,包含43779个蛋白质编码基因。铁观音茶树基因组大小为3.06Gb,包含了42825个蛋白质编码基因。

茶树基因组和基因家族的进化

‘龙井43’基因组特征和质量评估结果

2.单核苷酸多态SNP分型

全基因组重测序能够基于SNP实现全基因组水平上的基因型分型,近年来逐步开始应用于茶树种质资源的鉴定。对来自中国、老挝、俄罗斯、阿塞拜疆和伊朗的81个栽培型和野生型茶树进行重测序,共检测到6252201个SNP位点,基于基因型进行了系统发育分析,将这些资源分为3个类群。利用重测序技术对来自世界各地的139份茶树种质资源进行分析,得到了21887万个SNP位点的基因型分型结果,平均1kb就有67个SNP位点。对190份茶树资源进行重测序分析,共鉴定到9407149个SNP位点,得到相关基因型分型结果,并进行了茶树种质资源的系统发育分析。对金萱和云茶1号及其96个F1代进行了全基因组重测序,利用8956个SNP位点的基因型数字化结果构建了遗传图谱。

简化基因组测序是利用限制性内切酶对DNA进行酶切,并对酶切片段两端序列进行高通量测序,通过鉴定获得的SNP信息进行基因分型,是一种快速、简单、低成本的基因型数字化方法。基于迎霜、北跃单株及其148个F1子代利用SLAF-seq技术开发出了6042个SNP标记,并以此建立了首张茶树SNP遗传图谱。基于龙井43、白毫早及其327个F1代使用2bRAD测序技术获得了13446个SNP标记,构建了高密度遗传图谱,并得到了27个与儿茶素相关的QTL位点。利用简化基因组技术对59份茶组植物进行测序,得到了248772个高质量SNP位点的分型结果,随后对这些SNP位点进行了主成分分析、遗传结构分析和基因流分析,结果发现大厂茶与疏齿茶有遗传结构上的差异,且证明茶组植物种内亲缘关系受其地理来源的直接影响。对龙井43、白鸡冠及其杂交产生的198个F1个体进行了简化基因组测序,构建了包含2688个SNP标记的遗传图谱,并根据2年的氨基酸数据进行了QTL分析,最终得到了4个与氨基酸含量相关的QTL位点。

转录组测序能够鉴定基因表达区的SNP位点,进行SNP分型。完成了古茶树DASZ染色体级别的基因组组装,并在此基础上与217份不同茶树种质资源的转录组数据进行比较。结果表明,81.1%的DASZ注释基因被覆盖SNPs,其中4个SNP与ECG的含量显著关联。利用139份中国茶树品种的转录组数据鉴定到了925854个高质量的SNP,并将139份茶树品种分为5个类群,发现每个类群各有特异代谢物积累和基因表达差异,其中阿萨姆茶具有丰富的黄酮类化合物积累。

二、茶树表型数字化

表型组学旨在集成自动化平台装备和信息化技术手段,可以系统、高效地获取表型信息,以实现植物表型的数字化精准鉴定。表型组学常常构建一些表型检测平台,搭载图像、点云、光谱、红外、X射线等技术来快速高效地数字化采集植物多尺度的大量表型数据,目前已在玉米、小麦、大豆等较多作物上应用。

表型组学在茶树种质资源鉴定评价中的应用还处于起步阶段,一些简单的技术在茶树叶片形态特征和农艺性状相关的表型上开展了应用。利用Photoshop对茶树的叶面积进行了测量,并与叶面积的经验公式进行对比,发现计算机测定的结果更加准确。利用Photoshop对茶树新梢的颜色和成熟叶的叶面积进行了测定,并对其中的相关参数进行了分析。但是这两项工作都是基于Photoshop软件进行研究,导致关于图像处理的操作有限,自由度小,同时工作效率也受到限制,难以处理大批量的茶树叶片图像。随着数字化研究的不断深入,像Python、R、MATLAB等编程语言因具有批量处理、速度快、应用面广等优点,渐渐成为了进行茶树表型数字化处理的主流工具。随着无人机技术的发展,利用无人机对茶树进行表型分析成为了新的发展趋势。利用3种模型分别通过无人机拍摄的茶园多光谱图片对茶树的氮、茶多酚和氨基酸的含量进行评估。结果表明,SVM模型对于预测氮和茶多酚的含量最佳;PLSR模型预测氨基酸的含量是最佳的,同时证明空中预测结果与地面测量结果一样可靠,这为茶树种质资源的精准评价提供了技术支持。

SVM、PLS和BP模型被用于验证,并测量和预测的值进行比较和分析:(a)使用支持向量机来预测氮(N);(b)利用SVM预测茶多酚(TP);(c)利用SVM预测氨基酸(AA);(d)PLS回归预测N;(e)PLS回归预测TP;(f)PLS回归预测AA;(g)BP预测N;(h)利用BP预测TP;(i)利用BP预测AA。

目前,茶树种质资源表型数字化的应用主要体现在基于分类器结合图像特征对茶树种质资源识别的方面。提取了17份茶树种质资源的14个图像特征,并基于图像特征进行了遗传多样性分析,并利用人工神经网络对茶树品种进行了预测。通过茶树鲜叶图像对10个茶树品种进行了识别。除了利用形态特征、纹理特征及颜色特征外,还使用多重分形特征来对叶片进行描述,并用6种分类器同时建模比较分类精度。结果表明,SVM和随机森林法的建模对茶树种质资源的分类精度较高,能达到90%左右。在利用图像特征识别武夷岩茶的方面研究较多,2018年对SVM分类器的内核进行了优化后,以提取的14个形状和纹理图像特征为基础,对水仙和肉桂这2份茶树资源进行识别,准确率高达91%;2019年利用3种分类器通过灰度共生矩阵下的纹理特征对黄观音、瑞香、丹桂和奇兰4个品种的茶鲜叶进行识别,其识别准确率在80%左右,且结果证明KNN分类器的识别率最高;2020年利用整体与局部信息融合的CNN模型结合茶树叶片的整体特征和局部特征对9个武夷岩茶茶树品种进行识别,识别率达到96.69%。

三、茶树数字化管理与利用

随着表型组和基因组的快速发展,大量种质资源的数字化表型和基因型被鉴定,这使得很多重要的农艺性状被揭示。但是由于数据量大,导致共享利用不便,阻碍了茶树重要农艺性状的分子解析。随着互联网技术的快速发展,种质资源信息数据库的搭建可以快速实现数字化管理与利用。中国农业科学院茶叶研究所利用生物信息技术和互联网技术建设了茶树种质资源基因组变异大数据分析平台。目前平台已经整合超过7000多万个基因组变异位点、808份茶树资源的基因型数据、464种代谢物的表型数据和430682个基因型-表型关联位点。平台主要用于茶树种质资源基因组变异的大数据在线分析,能够根据基因组位置、基因信息、材料比较、基因或变异编号等不同的策略检索基因组SNP和InDel。通过该平台还能够实现茶树种质资源的代谢表型查询及GWAS分析,快速挖掘性状相关的SNP和InDel位点。此外,平台还整合了在线Blast、序列提取、引物设计、群体遗传分析等工具,为茶树种质资源的数字化利用与共享提供了一个用户友好型平台。安徽农业大学构建了茶树信息档案数据库(TPIA),以舒茶早基因组图谱为框架,整合了基因组信息、转录组、代谢组等数据。平台还集成了功能富集分析、相关性分析、引物设计、序列比对等工具,有助于组学数据的数字化利用。南京农业大学构建了茶树基因组数据库(TeaPGDB),整合了已完成组装的各个基因组数据,方便科研人员进行利用分析。此外,一些转录组相关的数据库网站也陆续被开发,如TeaCoN、TeaAS等。茶树种质资源数字化管理与利用能有效促进茶树种质资源的保护、利用与共享,为茶树系统演化研究、关键性状解析、品种改良等提供了坚实的基础。

茶树信息档案数据库(TPIA)

四、展望

1.组学技术

未来,组学技术将在茶树种质资源的数字化精准鉴定方面不断深入,利用基因组学、转录组学、表观组学、蛋白组学、代谢组学、表型组学等技术手段,对茶树种质资源进行高通量、多维度、精准化的鉴定评估。与基因组学技术相比,表型组学技术在茶树种质资源中的应用还比较落后,这阻碍了茶树种质资源的精准评价和深入挖掘进程。针对茶树种质资源的特性,加强茶树表型鉴定设施平台的建设,开发对应的数字化鉴定方法,从而提升茶树种质资源规模化、批量化、精准化鉴定评价的基础和条件。

2.多组学联合分析

伴随着大量茶树种质资源被数字化精准鉴定,多组学联合分析将成为实现茶树种质资源创新利用的必然途径。通过基因组学和生物信息学等技术手段,利用多组学联合分析系统深入挖掘基因型、表型和环境型之间的内在关联,研究茶树表型对遗传信息和环境变化的响应机制。同时,结合分子生物学、遗传育种学、生物化学、合成生物学等技术,深入解析茶树重要农艺性状的分子机理和遗传基础,为茶树种质资源的创新利用提供坚实基础,并加速茶树品种改良进程。

3.数字化利用与共享

茶树种质资源数字化鉴定评估产生的数据量庞大、标准不一,导致共享利用不便,阻碍了其生物数据的有效利用。为了增加不同数据集之间的可比性,必须通过科学的分类、统一的描述规范和对茶树种质资源的基因组、转录组、代谢组、表型组等组学数据进行标准化处理和评价。利用大数据和互联网技术,整合茶树种质资源多组学数据,开发友好型在线分析工具,创建资源共享利用平台,加快数字化种质资源的利用效率,推动整个茶科学的进步与发展。

本文节选自《中国茶叶》2022年第4期,P1-7,《茶树种质资源数字化研究及展望》,作者:陈琪予,陈亮,陈杰丹。

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