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茶叶也能“寻根”:Fluidigm微流控技术助力乌龙茶种质鉴定

来源:生物谷 2020-01-06 10:35

近日,福建农林大学联合福建省出入境检验检疫局的研究小组在Tree Genetics & Genomes发表最新论文《Genetic diversity of oolong tea (Camellia sinensis) germplasms based on the nanofluidic array of single-nucleotide polymorphism (SNP) markers》。该研究首次利用EST-SNP引物结合纳升级微流控芯片的SNP分子标记技术展示了100种乌龙茶的遗传多样性,并开发了一套完整、可靠的中国乌龙茶种质鉴定工具。

乌龙茶亦称青茶、半发酵茶及全发酵茶,品种较多,是中国几大茶类中,独具鲜明中国特色的茶叶品类。丰富的乌龙茶种质资源是乌龙茶产品品质和口感的基础条件。大量的乌龙茶是依据地方品种或者栽培品种来命名的,例如“铁观音”“肉桂”“水仙”“宋种”“金萱茶”等,因此种质鉴定与茶的品质息息相关。由于历史的局限性,种质资源的档案并不完善,面对庞大而复杂的地方和栽培品种,想鉴定茶叶的来源困难重重。并且,尽管乌龙茶种质资源丰富,只有少数品种被广泛种植,大量的品种没有被推广开来,处于沉寂状态。因此,对乌龙茶种质资源遗传背景的研究,不但有利于确定产品来源,为茶叶的品控及市场定价提供参考。更有利于茶树种质资源的保护,为今后的育种工作奠定基础。

乌龙茶主要产于福建的闽北、闽南、广东及台湾,合称乌龙茶四大产区。四川、湖南等省也有少量生产。研究小组利用高通量SNP分型技术对100份来自福建、广东和台湾的茶树样本的遗传多样性和亲缘关系进行了分析。由于这些茶树样本的产地相对集中,这就需要具有高度分型能力的SNP分型引物。研究小组前期已从茶树的表达序列标签(EST)数据库中评估出96对候选引物。可是,该如何快速、准确地筛选验证这些引物呢?研究小组采用了Fluidigm EP1/Juno高通量微流控PCR系统。该系统能够在3小时内完成9216个PCR反应,在一次反应中同时完成96个样本96个SNP的检测。经过筛选,75个SNP位点能够用于乌龙茶种质的分型及亲缘关系的鉴定。

通过对SNP各位点信息的追踪,可以构建出四个主要乌龙茶产区的DNA指纹图谱并且揭示出他们之间的遗传关系。100份乌龙茶样本可以分成两大类群。广东乌龙茶种质资源是一个比较独特的类群,台湾乌龙茶种质资源的基因型与福建群体相近,与闽南、闽北共同形成另一个类群。闽南和闽北栽培品种的茶树种质资源在基因型上有很多交集,但也表现出各自的特点。

上图:系统树图展示了100个中国乌龙茶种质的遗传关系

中国西南地区是茶树的发源地,当传播到中国其他地方和世界各地后发生了遗传分化。根据茶史记载,福建的茶树资源引自浙江省北部和江苏省。而广州的茶树资源起源于与云南省之间的水陆运输交流。这与本文的研究成果遥相呼应,表明地理学差异造就了广州和福建乌龙茶种质巨大的遗传差异。台湾的种质资源被聚类到福建群体中,验证了台湾的茶树资源来自于福建的说法。

这一项研究结果为茶树种质资源亲本的鉴定、整合和选择提供了指导。对茶叶品种的鉴定、茶叶的育种以及茶叶生产的质控等诸多领域产生深远的影响。利用Fluidigm公司的微流控技术,有助于研究者建立快速高通量的茶叶品种鉴定方法,在获得高质量数据的同时,也大大缩短了实验周期,并降低了实验成本。

茶树富含多酚和多糖类物质,这些物质残留在茶树DNA中往往影响分型效果。Fluidigm Juno 96.96芯片开创性地采用芯片上预扩增后自动进行SNP分型检测的策略,结合先进的微流控技术,可以有效地去除多酚、多糖等抑制剂对基因分型结果的影响。无论是叶片的还是种胚来源的,无论是新鲜的、干的还是发酵的样本,Juno 96.96芯片都能够一网打尽,得到精确的分型结果。

茶叶都有“身份证”了,您手里的乌龙茶是到底是哪个品系的,您清楚了吗?

还不了解Juno 96.96芯片如何工作?请戳下面视频了解。


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Fluidigm公司的Juno系统是基于公司创新的微流控技术,这一技术使科学家能够利用不同类型的样品开展SNP基因分型实验。这一系统包括一套平台(Juno搭载EP1或者Biomark系统),微流控芯片和一套混合液。研究人员可以在不到3小时的时间内处理低浓度DNA样本(比如组织、口腔拭子、血、石蜡包埋组织)或者质量低的困难DNA样本并完成SNP基因分型。 

除了这些优势外,该系统还可以完成多种检测,例如基因表达、CNV、数字PCR以及样本鉴定等。

此外,Juno可制备测序文库。Juno的LP芯片可同时针对192个样本,每个样本多达2400个目标序列进行扩增和建库,大大提高了建库的效率、准确率,降低了制备成本。最近Juno又具有了制备RNA-seq文库的新功能!


参考文献:


[1]  Lin Y1, Yu WT2, Zhou L3, et al. Genetic diversity of oolong tea (Camellia sinensis) germplasms based on the nanofluidic array of single-nucleotide polymorphism (SNP) markers. Tree Genetics & Genomes (2020) 1614-2950

如需获取更详细信息,欢迎访问Fluidigm Corporation网站:

或联系:


 
富鲁达(上海)仪器科技有限公司


电话:021-32558368


邮箱:info-china@fluidigm.com


网址:cn.fluidigm.com 


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