茶葉香氣從何而來

第頁茶葉香氣從何而來？茶樹是一種重要的經(jīng)濟(jì)植物，由于其自身特性的限制，茶樹分子生物學(xué)尤其是功能基因研究相對遲緩。在國家自然科學(xué)基金等的資助下，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所研究員陳亮率先展開茶樹功能基因組、茶樹分子標(biāo)記研究，從更深層次上認(rèn)識茶樹生長發(fā)育、起源、馴化、育種、抗性等規(guī)律。老茶園的新問題全世界目前有近60個產(chǎn)茶國，但其中只有十幾個國家的茶園年產(chǎn)量超過1500公斤/公頃。許多生產(chǎn)力較低的老茶園，不僅產(chǎn)量低，品質(zhì)也較差。在我國約110萬公頃的茶園中，只有不到25%的茶園栽種的是經(jīng)過改良的品種，其他多數(shù)茶園種植的是參差不齊的群體種，其生產(chǎn)力不斷下降，遠(yuǎn)低于世界平均水平。茶葉生產(chǎn)的這種低產(chǎn)率、低品質(zhì)使生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益降低。用更好的品種，得到更高的產(chǎn)量、更好的品質(zhì)、更強(qiáng)的抗病蟲性能和抗逆性能，是使茶葉生產(chǎn)獲得突破發(fā)展的重要途徑。由于茶樹是多年生植物，培育與推廣茶樹新品種的困難之一就是生育周期太長。因而在育種過程中，水稻育種研究半年就可以完成的工作在茶樹上就可能需要數(shù)年。同時茶樹的結(jié)實率低，且自交不結(jié)實，得不到純系，使其他植物中常用的雜交育種方法在茶樹上幾乎失去用武之地。植物基因工程技術(shù)的發(fā)展，在植物抗病、抗蟲、抗除草劑和作物品質(zhì)改良等幾個方面取得了很大的成就，獲得了一大批基因工程植物（轉(zhuǎn)基因植物）.這些植物有的已進(jìn)入了大田試驗，有的已經(jīng)逐漸投產(chǎn)，使人們定向改造農(nóng)作物的愿望成為現(xiàn)實。"和人類基因組研究有助于破譯遺傳信息，了解生命的起源、認(rèn)識人類自身、掌握生老病死規(guī)律和疾病診斷治療相似；對茶葉進(jìn)行基因研究不僅有利于茶樹的選育、抗逆等性能改善，還可以更深層次地認(rèn)識茶樹生長發(fā)育規(guī)律。"陳亮說，"但茶樹比較特殊，之前的研究也相對較少。"從功能基因入手在棉花等作物中，已經(jīng)通過生物技術(shù)方法育成了優(yōu)質(zhì)、抗逆品種，取得了很好的效益。但茶樹上的基因工程研究工作仍比較少見。主要原因是在使基因轉(zhuǎn)移后的茶樹細(xì)胞重新形成植株方面未能取得實用性的突破，被導(dǎo)入了基因的材料不能夠恢復(fù)成完整的植株，同時，人們對茶樹的分子遺傳學(xué)與分子生物學(xué)研究缺乏足夠的知識基礎(chǔ)。"不同茶葉的品質(zhì)、香味、獨(dú)特作用等特性都源于功能基因。"陳亮說，"現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展很快，全基因組的方法已發(fā)展到第三代、第四代?，F(xiàn)在人們一天就能拿到幾千個基因。但我們開始進(jìn)行茶樹功能基因研究時，得到一個基因并不容易，全世界那么多人作茶葉研究，到2019年，只獲得了十幾個基因。我們當(dāng)時采用EST（表達(dá)序列標(biāo)簽ExpressedSequenceTag,EST）方法，在半年時間里就取得一千多個基因。"上世紀(jì)90年代，陳亮從浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)茶學(xué)系獲農(nóng)學(xué)碩士學(xué)位后，就來到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，開始從事茶樹種質(zhì)資源和分子生物學(xué)研究，他先后到日本愛媛大學(xué)基因研究中心和美國康奈爾大學(xué)分子生物學(xué)和遺傳學(xué)系從事植物分子生物學(xué)研究。主功方向為茶樹種質(zhì)資源收集保存、鑒定評價、創(chuàng)新利用和系統(tǒng)分類，茶樹分子標(biāo)記和功能基因組學(xué)研究。2019年，在國家自然科學(xué)基金的支持下，陳亮開始對基于植物EST研究茶葉香氣釋放過程的有關(guān)基因的研究。他帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊率先在國內(nèi)開展茶樹分子標(biāo)記研究。首次對茶樹種質(zhì)資源的遺傳穩(wěn)定性以及茶組植物和茶樹品種的遺傳多樣性進(jìn)行分析，提出3種獨(dú)立的方法可以用于茶樹種質(zhì)資源的分子鑒定。并率先啟動茶樹功能基因組學(xué)研究，建立了我國第一個（國際上第二個）茶樹cDNA文庫，通過高通量基因測序和生物信息學(xué)比對、分離、克隆和注釋茶樹功能基因。該團(tuán)隊對龍井43新梢進(jìn)行高通量cDNA克隆測序，獲得首批1684個茶樹表達(dá)序列標(biāo)簽。通過比對，研究人員初步明確了茶樹新梢基因表達(dá)譜特征和表達(dá)豐度，獲得300多個茶樹功能基因的部分序列或全長，其中包括與茶葉香氣形成密切相關(guān)2個基因β-葡萄糖苷酶和β-櫻草糖苷酶基因。他們采用新的技術(shù)，以所獲得的EST為材料建立了第一張廣譜型茶樹基因芯片，初步構(gòu)建了一個基于基因芯片的茶樹資源與育種研究平臺。獲得大量的茶樹功能基因表達(dá)信息，對從基因組水平認(rèn)識并調(diào)控茶樹的生長、發(fā)育、抗性和代謝都具有理論與實踐意義。測序只是開始"茶的起源、馴化、選育、構(gòu)造、抗性問題都能從基因上找到答案。測序只是一種技術(shù)手段，通過這些技術(shù)手段可以更深層次地認(rèn)識茶樹。科學(xué)家們測了上萬種動植物的基因，人類基因組研究也做了十幾年。但茶這中作物和別的作物不同，目前對茶葉功能基因的測序還沒做完，對它的一些機(jī)理我們還不是很清楚。目前茶樹還沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)基因品種。"陳亮說。國家自然科學(xué)基金和早期的一些其他項目為陳亮的后續(xù)研究奠定了很好的基礎(chǔ)。他先后主持"863"項目，國家自然科學(xué)基金項目，國際植物新品種保護(hù)聯(lián)盟（UPOV）國際標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，"八五"、"九五"、"十五"國家科技攻關(guān)計劃，"十一五"國家科技支撐計劃，科技部科技基礎(chǔ)條件