茶是中國傳統文化中重要的元素，也是中國出口世界最多的農產品之一。數千年前，中國人就開始馴化、栽培、飲用茶葉，到今天，茶已經是全球消費量最大的飲品之一，世界茶飲料消費人口占總人口比率已超過三分之二。
那么，在過去數千年中，茶樹是如何進化的呢？近日，科學家茶樹全基因組組裝和茶樹起源演化研究上取得重要突破，組裝了“龍井43”染色體級別的基因組，并揭示了栽培茶樹的進化歷史。該研究由中國農業科學院茶葉研究所和深圳農業基因組研究所主導，攜手中國科學院昆明動物研究所及云南省農業科學院茶葉研究所等單位共同完成。
龍井43。農科院供圖
茶樹進化史，越來越好喝
人類馴化茶樹的具體時間已不可考，此前茶樹的起源也有多種說法，但隨著研究的深入，一些爭議逐漸消失。中國農科院茶葉所研究員王新超介紹，“茶樹的起源，目前科學界大部分都認為是中國。此前有印度起源說，但隨著科學家們在我國西南地區茶樹野生近緣種的發現，這一說法很難再站住腳。因為在中國發現了大量茶樹的野生近緣種，所以普遍認為起源于中國?！?/p>
茶樹的野生近緣種，也就是茶樹的祖先，在長期的進化和傳播過程中，進行了兩個方向的分化。王新超介紹，一種是大葉種茶樹，一種是中小葉種茶樹，在被人類不斷馴化的過程中，兩類茶樹種群逐漸分化出不同的特征?！爸行∪~種茶在長期馴化過程中，與茶葉風味相關的萜烯類代謝基因和抗病相關基因的強化選擇，表現的更為突出。也就是說，那些控制香氣合成的基因更豐富，所以中小葉種茶制作的綠茶、烏龍茶等香氣更加多樣。相應的，大葉種茶則更適合制作紅茶?！?/p>
在馴化過程中，不同茶樹還出現了區域分化，王新超說，“大葉種茶主要分布在南方，是因為它的抗寒性稍差。中小葉種茶的抗寒性更好，所以分布的區域更廣泛，南北都有”。
總體來說，數千年的馴化、栽培、選育使得茶葉的風味越來越適合人類的口味，“從古至今，技術一直在進步，茶葉的風味、口味也越來越好”。
基因重測序，發現茶樹秘密
在新中國茶葉育種歷史中，龍井43是一個重要的品種。王新超介紹，“龍井43是當前種植面積最廣的無性繁殖茶樹之一，全國有超過300萬畝的種植面積。該母本于1960年發現，到今年正好60年?！?/p>
龍井43具有發芽早、質量高、口感好、抗逆性強等特征，這使得它的適應性非常強。早在1978年，該品種就獲得過全國科學大會獎，1987年，正式通過國家品種認定。
此次，研究團隊以龍井43為材料，結合團隊自主開發的技術，完成了染色體級別的基因組組裝。研究結果發現，“龍井43”的基因，與抗病、風味代謝等相關的基因家族發生了擴張現象，和抗逆相關的基因也發生了正向變化，這也是它品質好、抗性強的原因。
龍井43。農科院供圖
在此基礎上，科學家們還對來自世界不同國家和地區的139份有代表性的茶樹材料進行了深度重測序，研究結果揭示了茶樹群體的系統發生關系，描繪了栽培茶樹的進化歷史。
研究發現，隨著栽培區域的擴張，茶樹種群間的雜合性和廣泛的基因流不斷增加，“小葉品種和大葉品種之間的分化，正是來源于基因的變化”。
茶葉育種技術的新方向
近年來，隨著分子生物學的發展，基因技術在作物育種中的應用越來越廣泛，但茶樹因為其本身的特征，在應用基因技術上，起步更晚、應用困難更大。
王新超說，“對龍井43的基因研究成果，解釋了其質優、抗逆的分子本質，而且又是在發現60周年的時候，具有紀念意義。更重要的是，對茶樹基因組重測序的實現，為以后的茶樹分子設計育種提供了豐富的素材和基礎。”
茶樹是木本植物，目前主要的育種方法，還以傳統技術為主，育成一個新品種，可能需要20年左右，而現代基因技術應用的很少，王新超說，“完成多個品種的基因重測序，發現了那些控制茶葉風味、保健等功能成分的基因，在未來的育種中，就可以實現現代基因技術的應用，進行設計育種，加快茶樹育種的速度，更快地獲得更好的品種”。
據介紹，該研究得到中國農科院科技創新工程、農業基因組協同創新項目、浙江省茶樹新品種選育重大科技專項、深圳市基礎研究學科布局項目、國家青年拔尖人才支持計劃和云南省創新研究團隊等項目資助。相關研究成果在線發表在《自然通訊（Nature Communications）》上。
