全球最受欢迎的饮品正面临威胁,但科学或许能带来答案

An Afghan man Mir Ali, 22, is silhouetted against the setting sun as he serves green tea to a customer in Karachi December 18, 2011. REUTERS/Athar Hussain (PAKISTAN - Tags: SOCIETY) - GM1E7CI1T9501
Scientists at the Kunming Institute of Botany at the Chinese Academy of Sciences have sequenced the entire tea genome.Image: REUTERS/Athar Hussain
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全球最受欢迎的饮品(仅次于水)正面临威胁。我们已经充分了解气候变化对小麦、玉米和水稻等主粮作物造成的威胁,但茶叶受到的影响才刚刚开始显现。早期研究表明,亚洲部分地区种植的茶叶产量可能会下降,降幅最高可达55%,原因是干旱或酷热;茶叶品质也在下降。

茶园大量使用农药和化肥,也导致土壤以年均2.8%的速度退化。这还会造成化学物质径流流入水道,进而可能严重危害人类健康和环境。

不过,随着中国科学院昆明植物研究所的科学家完成茶树全基因组测序,希望或许就在眼前。通过绘制DNA的精确序列图谱,可以为提取所需的全部遗传信息奠定基础,助力茶树育种并加快新品种的培育。这甚至还有助于改善茶的风味和营养价值。

尤其是,茶树全基因组揭示了茶树耐受环境胁迫、抵御病虫害、形成风味、提高产量和品质的遗传基础。因此,育种者可以更精准地培育优良茶树品种,提高作物产量,更高效地利用水和养分。同时,他们还可以扩大茶树的遗传多样性,改善茶树种群的整体健康状况。

这也是科学家的一个重要里程碑,因为它加深了人们对复杂进化过程的理解,并揭示了与抗逆性、茶叶风味和适应性相关的关键基因的功能。

新测序的茶树基因组非常庞大,包含近37,000个基因,规模是咖啡树基因组的四倍多。自然选择推动的进化过程已经帮助茶树形成数百个基因,使其能够抵御干旱和病害等环境胁迫。

科学家在选择用于育种的植株时,可以识别这些类似分子标记的基因。这能让他们更有把握地确认培育出的下一代植株具有所需基因,因而具备目标性状,从而加快育种进程。基因组测序还带来了使用基因改造(GM)技术开启或增强有利基因(或关闭不利基因)的可能性。

同样的原理也可用于提升某些茶树品种的营养或药用价值。基因组序列包含与生物合成相关的基因。生物合成是指制造蛋白质和酶的过程,这些蛋白质和酶参与生成使茶如此适口的化合物,例如黄酮类化合物、萜烯和咖啡因。这些物质与茶的香气、风味和品质密切相关,因此,采用遗传育种技术有助于改善茶的口感,使其风味更浓郁或营养更丰富。

例如,我们还可以去除茶树中的咖啡因生物合成基因,以帮助培育低咖啡因或无咖啡因品种。同时,通过提高某些化合物的含量,我们可以让茶更健康,并开发全新风味,使含咖啡因的茶更具吸引力。

据估计,商业种植的茶叶达556万吨,种植面积超过380万公顷(截至2014年)。茶具有重大的文化意义和经济价值,因此,为数百万人保障茶产业的可持续未来至关重要。首次成功完成茶树基因组测序,是提升茶树韧性、产能和适口性的关键一步,有助于应对严峻的环境挑战。

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