TEA5K液相多SNP芯片：茶树分子育种的高效基因分型新工具

《Journal of Nanobiotechnology》：TEA5K: a high-resolution and liquid-phase multiple-SNP array for molecular breeding in tea plant

为解决茶树分子育种中高通量基因分型技术不足的问题，研究人员开发了基于靶向测序(GBTS)的TEA5K液相多SNP(mSNP)芯片。该芯片包含5,781个探针，成功应用于品种鉴定、高密度遗传图谱构建、QTL定位和群体遗传分析，揭示了现代茶树育种面临的"改良瓶颈"。该研究为茶树遗传研究和分子育种提供了灵活、经济的解决方案。

茶树作为全球重要的经济作物，其育种进程长期受制于基因组大、育种周期长等特性。传统育种依赖表型选择效率低下，而全基因组测序成本高昂，基因分型技术(GBS)又存在分辨率不足的问题。更棘手的是，茶树自交不亲和特性导致其遗传背景高度杂合，现有200K固相芯片灵活性差且开发成本高，难以满足现代分子育种需求。这些技术瓶颈严重制约了茶树重要农艺性状的遗传解析和品种改良进程。

中国农业科学院茶叶研究所的研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表研究，创新性地开发了TEA5K液相多SNP(mSNP)芯片系统。这项研究基于811份茶树资源的重测序数据，通过严格的生物信息学筛选，最终确定5,781个高多态性位点，每个扩增子平均可检测6.29个SNP，显著提高了标记密度和分型效率。研究团队将该芯片应用于231个栽培品种鉴定、98个F₁群体遗传图谱构建以及519份种质资源的群体遗传分析，不仅解决了茶树分子育种中高通量基因分型的难题，更揭示了现代茶树育种中野生资源利用不足导致的"改良瓶颈"现象。

关键技术方法包括：1)基于TeaGVD数据库筛选13,760个候选区域设计液相探针；2)使用MGISEQ-2000平台进行PE150测序；3)采用JoinMap构建遗传图谱，QTL IciMapping进行性状关联分析；4)通过ADMIXTURE和PCA分析519份种质资源的群体结构。样本来源于中国15个省份的茶树资源，包括栽培品种、地方品种和野生资源。

【高密度遗传图谱构建】
利用'Huangjinya'×'Longjing 43'的F₁群体，研究人员构建了包含3,274个标记的遗传图谱，总图距2,225.19 cM，平均标记间隔0.76 cM。该图谱成功定位到33个与8种氨基酸组分相关的QTL，其中茶氨酸和精氨酸各有两个QTL，解释表型变异15.8-33.7%。

【白化叶性状图位克隆】
通过分离群体分组分析法(BSA)，研究将'Huangjinya'的白化叶性状定位到8号染色体23.15 Mb区间，发现两个候选基因CsPsaK(CSS0007721)和CsHEMF(CSS0003887)，分别参与光合系统和叶绿素合成调控。

【品种鉴定体系建立】
研究建立了基于遗传相似性(GS)的鉴定标准：同一品种内GS值达92.53-97.95%，而品种间GS值普遍低于82.36%。特别发现辐射诱变品种'Zhongcha 108'与亲本'Longjing 43'的GS值显著降低，证实mSNP标记在区分近缘品种方面的优势。

【群体遗传与进化分析】
对519份种质资源的分析揭示了三大类群：野生资源(包括C. fangchenensis和C. crassicolumna)、地方品种和现代栽培种。现代栽培种遗传多样性最低，且与野生资源存在显著遗传分化，基因流分析表明野生资源对栽培种的贡献微乎其微。

这项研究开发的TEA5K液相芯片系统，以其高分辨率(平均6.29 SNPs/amplicon)、低成本(7美元/样本)和灵活性(可扩展至690K单倍型)成为茶树分子育种的重要工具。研究不仅为重要农艺性状的遗传解析提供了技术平台，更揭示了现代茶树育种面临的严峻挑战——栽培品种遗传基础狭窄，野生资源利用不足。该发现为茶树遗传资源保护和育种策略优化提供了重要依据，对解决类似多年生作物的"改良瓶颈"具有普遍指导意义。特别值得注意的是，研究首次在大规模基因组水平证实了C. fangchenensis可能是现代茶树的祖先物种，为茶树起源进化研究开辟了新视角。