科创中国

行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

问题概述：

茶树是我国重要的木本经济作物，在我国国民经济中占有重要地位。我国不仅是世界上茶叶资源最丰富的国家，也是世界上茶叶资源最大的生产国、消费国和贸易国。同时，我国的茶叶科学研究也取得非常多的研究成果，为我国茶产业的发展提供了重要的技术支撑。然而，目前我国茶产业也面临生产成本高、生产效率低、劳动力紧缺、农药残留、重金属问题等众多的新挑战。这些问题的解决归根到底是要在分子水平上阐明茶树生长发育、生物和非生物抗性、金属和非金属元素富集以及茶叶品质形成的机理，而阐明这些分子机理的前提是对茶树各基因功能的认识。近年来，茶树转录组测序工作取得了重要进展，目前Genbank已收录了约35万条茶树mRNA序列，几乎涵盖了茶树中所有功能基因编码序列。此外，茶树全基因组测序工作也取得了重要突破，茶树全基因组序列已基本清楚。但是，像其他作物一样，面对大量的基因序列，我们对其功能了解却是非常缺少，制约了基因资源的充分利用。因此，明确茶树新基因的功能并高效利用新基因是未来茶树分子生物学研究中一个非常重要的主题，也就是说茶树后基因组时代即将来临。但是非常遗憾的是，因为缺少稳定高效的茶树的遗传转化与再生技术体系，目前茶树新基因的功能研究、各种茶树生理生化以及茶叶品质形成相关的分子机制研究都无法深入开展。因此，茶树的遗传转化与再生技术难题是制约茶树分子生物学研究的瓶颈问题，也是制约茶叶产业突破性进展的根本问题。

虽然茶树的遗传转化体系研究早已进行，并取得了不少重要进展，但成功的实例非常有限。Nakamura等(1989)利用茶树节间茎诱导出不定芽，但不定芽的诱导频率最高仅7.9％。Sun等(2012)以芽头为外植体诱导产生了愈伤组织，诱导率达到100%，继而芽头基部的愈伤组织再生了不定芽，再生率达到***%。然而，迄今为止尚无利用茎段或芽头为外植体获得转基因植株的报道。关于通过茶树子叶诱导产生体细胞胚继而分化成植株的报道较多。Mondal等(2001)率先以Kangra Jat茶树品种子叶诱导的体细胞胚为转化受体获得了转基因茶树。此后，Lopez等(2004)也报道了通过体细胞胚途径成功获得转基因茶树。最近，Singh等同样以茶树体细胞胚为受体，建立了茶树的遗传转化体系，并成功将马铃薯几丁质酶基因转入茶树，获得了具有抗疱疫病性状的转基因茶树(2015)。Sandal等(2006)发现， L-谷氨酰胺显著增强了农杆菌对茶叶中多酚的耐受能力，从而以茶树叶片为受体获得了转基因茶树。关于遗传转化条件的研究较多，但尚无一致的结论。赵东等（2001）研究表明，茶树较为适宜的农杆菌转化条件是OD600为***的LBA4404侵染10 min左右，28℃暗培养2-3 d。Mondal等人(2004)认为，外植体与农杆菌的最佳共培养时间为5 d，农杆菌的适宜浓度为OD600值0.8，且发现根癌农杆菌EHAl01的转化效果优于LBA4404、PC2760、GV3101和MP90等农杆菌。Mastsumoto等(1998)研究表明，100-500μmoL/L乙酰丁香酮可促进抗性愈伤组织的产生；茶树外植体对卡那霉素的敏感性差而容易造成假阳性，不同的茶树品种对Kana敏感性有差异。骆颖颖等的研究表明，茶树外植体对潮霉素非常敏感，而高浓度的潮霉素使部分阳性转化体的生长也受到抑制；转化受体预培养2-3 d，可明显提高茶树转化率。Kumar等人(2013)的研究表明，L-谷氨酰胺或L-谷氨酸可以显著提高农杆菌的浸染能力，从而提高转化效率。

需解决的主要技术难题

由于茶树是高度杂合体，其对农杆菌的敏感度及再生能力差异大，高效的茶树遗传转化体系仍然是困扰茶学界的共性难题。虽有茶树转基因成功的报道，但非常有限，主要来自于印度实验室，采用的受体材料基本是印度Kangra jat品种，尚未得到广泛应用，说明了茶树遗传转化体系稳定性问题尚未得到解决。此外，从成功获得转基因茶树的文献报道来看，茶树遗传转化周期过长。目前对影响茶树遗传转化和再生的因素尚未清楚，存在茶树对转化介质不敏感、转化率极低、再生困难、再生时间长、生根率低和重新性差等问题。

期望实现的主要技术目标

茶树遗传转化与再生问题取得突破后，将为茶叶科学研究开辟新的天地，将推动茶树分子生物学研究的迅猛发展，茶树基因功能、茶树生理生化以及茶叶品质形成相关的分子机制等科学问题有望得到深入阐明，最终将促进茶叶生产成本显著降低、生产效率明显提高、茶叶品质不断提升、茶产品的健康和安全性进一步改善，为我国万亿茶产业的突破提供创新性的技术和理论支撑。

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