科创中国

行业领域

农、林、牧、渔业

需求背景

研究表明长链非编码RNA可以以顺式或反式作用的方式与核酸分子（DNA或RNA）和蛋白分子相互作用，参与细胞内的多种生物学过程，主要包括通过染色质重塑、组蛋白修饰和RNA代谢等多种生化途径在表观遗传水平、转录水平和转录后水平对基因的表达进行调控。茶树中非编码RNA的数目占编码RNA的十分之一还多，鉴定非编码RNA的目标基因或者作用方式对于深入解析茶树基因组的表达调控有重要意义。茶树基因组庞大，自交不亲和的特性导致茶树基因组的高度杂合，目前茶树转化体系尚未完善，如何在基因组水平准确研究目的基因的功能及表达调控是目前茶学学科面临的最大难题。

基因表达包含从DNA到蛋白质的一系列过程，受生物体内、外环境的影响，被严格调控。准确的表达调控使细胞中基因表达的过程在时间、空间上处于有序状态，并对环境条件的变化作出反应。基因表达的调控可在多个层次上进行，包括基因水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的调控。基因表达调控是生物体内细胞分化、形态发生和个体发育的分子基础，也是现代分子生物学研究的中心课题之一。与单个基因复杂的表达调控相比，基因组水平的表达调控更加复杂。在基因诱导表达的过程中，通常转录因子可以通过与反式作用元件或者顺式作用元件结合启动下游基因转录。另外DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑及核小体定位不但可以准确调控单个或者多个基因，还可以在基因组水平调控大量基因的转录。除tRNA和rRNA 已为人熟知外，非编码RNA在基因转录后水平的调控中发挥重要作用，也是目前分子研究领域的热点问题。miRNA是在小分子非编码RNA中发现的一类与基因表达调控密切相关的分子，其长度约为21 ～ 22 个核苷酸，能够通过与靶mRNA特异性的碱基配对引起靶mRNA的降解或抑制其翻译, 从而对基因进行转录后表达的调控。近年来，长度超过200个核苷酸的长链非编码RNA在基因表达调控中的功能也越来越多的受到关注。

需解决的主要技术难题

目前已经完成基因组测序的茶树有云抗10号和舒茶早，二者的基因组大小基本一致，约为***，与人类基因组大小相当。云抗10号基因组组装最终获得约***的序列，共鉴定36951个蛋白编码基因，4470个非编码RNA（包括700个tRNA，2860个rRNA，454个snoRNA，223个snRNA及233个miRNA）。相对于整个基因组序列，仅有***%的序列被转录。舒茶早基因组组装获得了约***Ｇｂ的序列信息，与云抗１０号基因组在核酸和蛋白水平的序列相似性分别为９２.４％和９３.９％，含有转座子序列的组装片段比例（６４％）明显高于与云抗１０号（５８％），从一定程度上说明了茶树基因组的复杂性与多态性。

期望实现的主要技术目标

我国是茶树的起源中心，有着世界上最悠久的饮茶文化、最丰富的茶树资源和最多样的制茶工艺。由于茶树为木本，多自交不育，其遗传背景较其他作物更为复杂。基因组、重测序及关键基因表达调控信息的缺失和不完善是目前阻碍茶树分子遗传学研究，以及对茶树重要经济性状、农艺性状、抗逆性状合理利用的最大瓶颈。全面解析茶树基因组的表达和非编码RNA将极大地提升茶学基础研究的水平、推动分子设计育种、加快我国茶产业转型升级、引领未来茶学学科发展、解决茶树科学问题、提高国际影响力的关键。

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