我科學家探明茶樹馴化史

在數以百萬年的時光長河裡，一株茶樹經歷了怎樣的變化？人類的馴化和栽培，又賦予了它怎樣的變化？

近日，記者從中國農科院獲悉，該院深圳農業基因組研究所聯合多家單位，成功破解了鐵觀音基因組，並探明瞭鐵觀音在漫長時間裡的演化史。這一成果，為茶樹功能基因組學研究、現代生物育種奠定了堅實的理論基礎。該研究得到國家重點研發專案的資助，研究成果發表在《自然遺傳學（Nature Genetics）》上。

中國是茶葉的發源地，也是最早栽培馴化茶樹的國家。受訪者供圖

鐵觀音基因的秘密

該研究選取的基因組測序物件“鐵觀音”是全國十大名茶之一，因茶樹自交不親和、種間頻繁雜交等因素，導致其基因組高度雜合、組裝難度很大。

深圳農業基因組所研究員張興坦告訴記者，研究團隊成功拼接了兩套鐵觀音基因組，並進行了分型基因組組裝鑑定，以及對161個茶樹品種和15個近緣種進行了重測序分析。結果顯示，來自父母本的兩套單倍型之間存在大量遺傳變異。

鐵觀音距今已有約300年的栽培歷史，長期的無性繁殖積累大量體細胞突變（包括有害突變），增加了遺傳負荷，導致其適應性降低。

然而，人們對無性繁殖作物如何應對遺傳負荷這一問題知之甚少。此次研究中，研究人員針對這一問題進行了深入探索，揭開了作物自我應對遺傳負荷的秘密。

研究結果顯示，在無性繁殖的茶樹基因組中，顯性效應可能是其應對遺傳負荷的重要機制。面對大量積累的體細胞突變或有害突變，長期無性繁殖的茶樹利用優勢等位基因，應答不斷積累的遺傳負荷，以維持其正常的生長髮育和對環境的適應性。

百萬年演化，

小葉茶

北遷

在分析鐵觀音基因的基礎上，科學家們開始探索茶樹在漫長的演化史、馴化史中發生的變化。

分析結果顯示，大約在200萬年前的格拉斯安地質時代，氣候等環境因素劇烈變化，使得大葉茶和小葉茶的祖先遭遇了瓶頸效應。在生物學中，瓶頸效應是指生物群體遭遇外部影響，大批次滅絕，只在某些特定地域留下小部分的現象，瓶頸效應會導致物種基因的多樣性急劇降低，要經歷漫長的時間，才有可能恢復。這次瓶頸效應也促使了大葉茶和小葉茶的分化。

此後，一直到2萬年前，最後一次冰河世紀來臨前，大葉茶和小葉茶的分化一直沒有中斷。受環境影響，大葉茶主要在雲貴地區生存，從雲貴往北，湖南、湖北、山東等地，則以小葉茶為主。

“大約2萬年前的冰河世紀中，包括鐵觀音在內的小葉茶，經歷了第二次瓶頸效應，而主要生存在雲貴高原的大葉茶，受到的影響不大，”張興坦說，“這次瓶頸效應，也造成了小葉茶多種性狀的變化，比如葉片變得更小、株高降低等。”

300

0

年馴化，不同選擇造就不同品種

大約3000年前，巴渝地區的人們開始使用茶葉。透過基因組鑑定、重測序分析等技術手段，科研人員發現了不同地區馴化茶樹的過程中，人們是如何選擇不同的基因的。

“我們透過遺傳分析發現，在大葉茶中，有874個基因受到了馴化，小葉茶有920個，其中重合的只有95個，這說明，大葉茶和小葉茶的馴化，並非先後順序，而是經過不同地域中的人們，分別馴化而成的。”張興坦介紹。

為進一步瞭解人類馴化過程中的選擇傾向，科研人員將栽培茶樹分成兩大類，並分別和野生種對比，“我們把茶樹栽培種分成地方種和精英種，地方種多是各地方培育的品種，更像是一種早期馴化的結果，而精英種則指經過國家審定的品種，可以適應更多環境的優良品種，更像是後期改良的結果，”張興坦說，“將地方種和野生種進行比較，可以觀察到早期馴化的變化。其中，在大葉茶中，人們更喜歡糖苷轉移類基因，簡單形容的話，就是人們會選擇口感更甜的茶樹。小葉茶的早期馴化中，則更偏向於對抗昆蟲的侵害，因為我們發現了很多應對昆蟲啃噬的次級代謝產物。”

後期改良中，人們的選擇又和早期馴化不同，張興坦介紹，“透過精英種和野生種的對比發現，大葉茶的改良中，人們更多選擇和生物鹼、芳香氣味合成相關的基因，通俗來說，就是大葉茶的香氣更濃郁了。小葉茶則主要選擇和冷脅迫相關的基因，這說明，為了適應氣候的變化，人們刻意提高了小葉茶的抗冷能力。有趣的是，這些防禦性的次級代謝物，也和茶葉的香氣有關，這可能是一個巧合。”

茶葉培育中也有“綠色革命”

上世紀60年代，農業發展中出現了一次“綠色革命”，透過一系列技術手段，大幅度提高了糧食產量。其中，小麥和水稻的矮化是重要的變化之一。

“隨著產量的提高，植株更高的作物，在成長期很容易倒伏，矮化就是為了應對這種現象而出現的，當時被稱為‘綠色革命’，”張興坦說，“透過研究，我們發現，在茶樹馴化中，矮化現象在大葉茶和小葉茶中，也都出現過。”

張興坦介紹，研究人員在大葉茶和小葉茶中，找到了兩個和矮化相關的基因，並認為這兩個基因在馴化過程中，參與到了茶樹演化的過程裡。“在早期馴化過程中，大葉茶就表現出了變矮的趨勢，而在改良中，小葉茶也在變矮”。

人類為什麼需要茶樹變矮？目前仍未有確切的答案，張興坦告訴記者，有一些可能的原因，比如抗冷，比如便於人類採摘等。

中國是茶葉的發源地，也是最早栽培馴化茶樹的國家，張興坦告訴記者，目前，還沒有確切的茶樹遷徙路線，但在未來，隨著越來越多茶樹種類的全基因測序完成，確實有可能探明茶樹馴化和遷徙的路線。

新京報記者 周懷宗

編輯 唐崢 校對 盧茜