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行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

遗传转化是指应用基因工程、组织培养技术或种质系统转化技术，有目的地将外源基因或DNA片段插入到茶树基因组中，并使其在后代植株中得以表达的过程。茶树遗传转化体系一直是限制茶树分子生物学发展的关键技术，所以如何建立高效稳定的遗传转化体系是茶学研究亟待解决的重大问题。茶树遗传转化体系建立的基本核心内容包括：（1）成熟的茶树组织培养体系是遗传转化的基础；（2）茶树基因转化方法也是非常关键的技术问题；（3）遗传转化后的转化植株的再生体系的建立。（4）遗传转化后的阳性植株的鉴定及品种筛选。我们的基本观点为茶树遗传转化体系面临的主要问题是离体再生难和转化效率低。

茶树是我国的重要特色经济作物，从经济和文化两方面给我国民众带来众多利益。但茶树是多年生异花授粉的木本植物，目前主要的育种方法仍是引种、系统选育和有性杂交等常规育种手段。但茶树的生育周期长、自交不亲和等特征均为传统育种手段不能克服的瓶颈关卡。将基因工程等生物技术应用于茶树遗传育种工作，将既能缩短优良品种的选育周期，又能按生产和市场的需求，实现茶树品种的定向培育，是对传统育种的良好补充，从而推动茶叶经济的全面发展。

茶树基因组的公布给茶树分子生物学研究提供了关键信息平台，但如何正确解读这本茶树字典，急需通过遗传转化等生物技术手段，将目标基因导入茶树受体中，既能验证茶树的重要功能基因的功能，解析其重要的生长代谢调控途径，也能定向培育出高产、优质和抗逆性强的茶树品种。因此，无论从学术研究和科技发展方面，如何建立高效稳定的茶树遗传转化体系都是亟待解决的关键重大技术难题。

需解决的主要技术难题

自1986年，Parsons等首次成功将杨树遗传转化导入的外源基因在植物细胞中表达以来，科研工作者便尝试直接用木本植物的组织进行转化。但由于木本植物生长周期长、具有高度杂合性、再生能力差等特点，使得遗传转化具有一定困难和特殊性。目前，植物遗传转化方法主要有生物介导法、物理方法和化学方法。其中，生物介导法中根癌农杆菌介导的遗传转化，因为其转化率较高且重复性较好已经成为林木遗传转化中最常规、最广泛的基因转化途径。随着对高等植物遗传转化研究的不断发展，相继在桉树、柳树、桑树、苹果等树种中成功获得转基因植株，许多植物均建立了农杆菌介导的遗传再生体系，打破了生物界种间杂交的障碍，为木本植物定向育种提供了高效的方法和手段。

茶树为多年生异花授粉的木本植物。茶树遗传转化研究面临转化效率低和离体再生困难等问题。关于茶树的遗传转化体系，不同的研究人员均在进行不同的努力尝试。茶树遗传转化方法主要有农杆菌(根癌农杆菌和发根农杆菌)介导法和基因枪法，受体多采用体胚、茎段和愈伤组织等，外植体的离体再生率仍有待提高。但目前，多数研究只能做到基因的瞬时表达，而难以实现基因稳定的永久表达。在茶树遗传转化的研究过程中，有3个较大研究进展。2016年，印度科学家通过农杆菌转化的方式实现了茶树的遗传转化，但重复性低，未见后续跟进报道；2017年，黎星辉等人初步建立了茶树的组织培养，利用农杆菌转化的方法完成了遗传转化体系，但再生率较低；2018年，魏书等人进行了农杆菌介导的茶树毛状根转基因高效诱导研究，可实现茶树根的瞬时表达。但至今，茶树的遗传转化体系尚不成熟。

未来面临的关键难点与挑战：（1）如何建立有效的茶树组织培养及外植体再生体系；（2）茶树遗传转化受体和方法的选择；（3）如何克服茶树多酚类物质等次生代谢物对遗传转化的影响。

期望实现的主要技术目标

遗传转化技术打破了常规育种的界限，能明显缩短优良品种的选育周期，并实现茶树的定向育种。通过遗传转化技术将目标基因导入茶树中，建立完整、高效的茶树转基因体系，不仅有助于研究茶树基因功能，解析茶树品质及次生代谢等调控机制，还可以通过将控制茶树优异性状、抗性等的基因导入茶树中以培育出高产、优质和抗逆性强的茶树品种，使茶树资源按生产和市场的需求方向发展，推动茶产业的快速发展。

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