油茶分子育种基础研究进展

摘要

油茶是原产我国的特色油料树种,主要栽培分布于秦岭、淮河以南的南方丘陵酸性红壤地区.茶油富含不饱和脂肪酸,是世界上最优质的食用植物油之一.国外基本上没有油茶的研究,油茶研究全部集中在我国.1995年以前,我国油茶育种研究都是常规育种技术,为油茶产业化发展提供优良品种.由于油茶基因组大,自交不亲和,杂合度高,进入盛果期时间长,导致油茶常规育种周期长,很难对一个或多个性状进行有效遗传改良,而且常伴随遗传累赘,开展分子育种研究很有必要.中南林业科技大学经济林育种与栽培国家林业局重点实验室从1995年开始利用分子标记从事山茶属植物分子标记开发和分子分类、分子鉴别的研究,开启了以分子标记为基础的油茶分子生物学的研究.2001年,本实验室利用油茶近成熟种子构建了第一个油茶cDNA文库,并通过对cDNA克隆的随机测序构建了油茶近成熟种子的EST文库,获得了2327个EST序列,注释已知功能基因763条,未知功能基因1216条;以部分基因的EST序列为基础,开展了部分重要基因克隆的研究,真正开启了以油茶功能基因研究的油茶分子育种的基础研究.2009年,本实验室根据油茶分子育种研究的需要,以油茶果实和种子为材料,开启了油茶转录组、表达谱、重要代谢途径和分子调控的系列研究,共注释油茶非冗余基因10845个;确认了油茶果实膨大期与油茶种子近成熟期基因表达差异非常大;绘制了油茶糖酵解途径、油茶脂肪酸合成代谢途径、油茶α-亚麻酸代谢途径等重要代谢途径,揭示了相关基因表达调控的基本规律.根据油茶EST和转录组数据信息,开展了油茶重要基因克隆和基因功能研究,克隆了包括提升油茶种子油产量、改良油茶产品品质、提高抗逆性能等重要基因53个,为油茶分子设计育种提供科学依据和物质基础.2006年开始,利用部分重要克隆基因,开展了对野生型拟南芥和突变性拟南芥的转基因试验研究;2010年以后,开展了以提高产油产量、改善茶油品质和提高抗逆性能的油菜转基因试验研究，进一步确认克隆的油茶重要基因的功能及其对相关性状的调控,为进一步开展油茶分子设计育种提供理论依据和技术支持.正在开展油茶基因芯片设计开发研究和油茶组织培养和再生体系的研究.总之,油茶分子育种还处于初级阶段,今后还有必要开展油茶基因组、蛋白质组、代谢组的研究;尽快制作油茶专用基因芯片,开展不同组织器官、不同时期、不同发育阶段等基因表达差异的研究;尽快建立油茶转基因技术体系和分子设计育种的试验研究,培育种仁含油率高、脂肪酸含量更趋合理、适应性更强的油茶优质高产新品种.