特异茶树花不育机理研究与分子标记开发

Tea was the plant only uses leaves. The purpose of cultivation was to obtain their vegetative organs-bud leaves. The flourish prosperous tea branches and leaves are the precondition for the high and stable yield. However, the reproductive growth could reduce its own vegetative growth, speed up aging, reduce the yield and quality. Therefore, research on sterility mechanism and exploitation of molecular markers of sterility gene will help tea germplasm enhancement, variety improving and provide a theoretical basis and practice foundation for the tea production and breeding. In this project, the transcriptome of normal flowers (male parent, female parent) and sterility flowers (offspring) are deeply sequenced through RNA-seq technology. After that, the differential expression patterns of these three samples were determined by the digital gene expression profile and the different gene quantity, variety and function were analyzed; screening and full length cDNA cloning of sterility genes and the expression characteristics by quantitative PCR are also performed; the SSR and SNP analysis is produced to exploit the SSR and SNP markers for sterility genes. Through these studies, we can enrich the tea tree transcriptome, illustrate the sterility mechanism and also provide the basis materials and theoretical foundation for the breeding, gene exploitation and heterosis research of the infertility tea species.

茶树是叶用植物，茶树栽培的目的是收获其营养器官--芽叶。茶树枝叶生长繁茂是茶园高产、稳产的前提。但是，生殖生长会抑制茶树的营养生长、加速茶树的衰老，降低茶叶产量与品质等。为此，开展茶树花不育机理研究，开发不育基因的分子标记，揭示茶树不育奥秘，将有助于茶树种质创新、品种改良以及解决一系列育种、生产实践问题提供科学依据和理论基础。本项目拟采用RNA-seq技术分别对正常花（父本、母本）、不育花（子代）进行转录组测序，一是对3个样本转录组进行数字基因表达谱分析，研究差异基因的数量和种类；二是筛选不育基因并进行全长cDNA克隆与功能鉴定，同时利用荧光定量PCR研究其表达特征；三是对转录组数据进行SSR以及SNP分析，开发不育基因的SSR标记以及SNP标记。通过这些研究，不仅丰富了茶树转录数据、阐明了茶树不育机理，而且为不育茶树品种辅助选育、新基因发掘以及杂种优势研究提供基础材料和理论依据。

花既是茶树繁育后代的重要器官，同时，对于利用芽叶的茶树来说，开花结果也是影响茶叶产量和品质的重要因素。因此，开展茶树不育机制研究具有重要理论意义和实践价值。本项目选用福鼎大白茶(父本)、佛香2号(母本)及其杂交后代(不育)茶树花为材料，一是采用RNA-seq技术完成了父本花、母本花以及子代不育花花蕾的转录组测序和miRNA测序，获得204 199条Unigene，以及鉴定出55种已知的miRNAs和90种新的miRNAs，并完成Unigene的功能注释和miRNA靶基因的功能分析；二是利用数字基因表达谱技术分析了父本花、母本花以及子代不育花花蕾的转录组差异和miRNA差异，筛选出在父本花与子代不育花、母本花与子代不育花共有而在父本花与母本花没有的差异基因1 219条、差异miRNA 37个，对差异基因以及差异miRNA分析发现生长素合成和生长素信号转导是影响茶树花不育的重要原因；三是克隆了茶树花发育相关的ARF9、YUCC10、AGL9基因，并对表达模式进行了分析，为后续基因的功能验证以及阐明茶树花不育机制奠定基础；四是分析了父本花、母本花以及子代不育花中色氨酸（生长素合成的前体物）和生长素含量，发现不育花中的色氨酸明显高于其父本和母本花，分别是父本和母本的339%和478%；相反，生长素含量正常花（父本、母本）高于不育花（子代），是不育花的1.17倍和1.89倍。推测可能是不育花中的色氨酸不能转化成生长素而影响花的发育；五是对204 199 条茶树花转录组Unigenes进行SSR简单重复序列的查找，得到含有SSR的序列60 581个，出现频率为29.67%。采用荧光标记PCR技术对设计合成的100对SSR引物进行引物筛选，其中有28对引物扩增条带清晰、多态性好，在4个品种的茶树花中得到有效性验证。通过项目实施发表科技论文6篇（含录用），2名科技人员晋升研究员。