基于基因组重测序揭示贵州古茶树起源与进化的研究

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茶树(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)属山茶科,是一种较为原始的种群植物,起源于中国的西南地区,在由起源地向其他地区传播的过程中,发生从形态学水平到分子水平的一系列演化。近年来,各种新技术、新方法被广泛应用于研究茶树遗传演化关系,并取得一定的进展。我们从基因组层面,结合原产地茶树特征和特性,探讨贵州省古茶树起源及主要野生资源亲缘关系。本文以90份贵州省古茶树和30份云南古茶树资源进行全基因组重测序,并应用邻接树法、主成分分析及遗传多样性分析等群体遗传学研究方法对其研究。我们选择贵州省古茶树主要分布区域的主要属种,首次对古茶树群体进化分析,厘清贵州省古茶树的起源与亲缘关系,为茶树的引种提供有力的支持,为进一步深入研究中国茶树遗传多样性、亲缘关系及演化路径分析提供参考。其主要结果如下:1古茶树样品的采集及表型数据统计采集贵州省6个群体、云南省2个群体共120份古茶树样品,8个群体分属于茶种下面5个组系。贵州省古茶树茶树资源表型数据存在较大程度的变异,其遗传多样性指数均值为1.62。从形态学上来说,贵州古茶树种质资源变异类型众多,遗传背景复杂,种质资源丰富,为贵州古茶树种质资源的利用提供理论依据。2全基因组重测序结果统计以(C.sinensis var.sinensis(Chinese type tea;CSS))为参考基因组,采用生物信息学方法对贵州省古茶树样品进行全基因组重测序,共检测到8082370个SNP位点,其中有175824个位于基因编码区,在编码区SNP位点中,90502个是非同义突变,85958个是同义突变;获得8082370个In Del位点,在编码区中有15816135个In Del位点。为茶树的进一步研究和分子育种提供大量有价值的基础数据。3贵州省古茶树起源进化分析对120样品的SNP位点进行分析,群体遗传结构显示当K=7时的CV error最小,结果为只有都匀古茶树、沿河古茶树这两个地方的样品存在混合祖先,且混合祖先为石阡古茶树;群体进化树结果以大理茶为原始品种进行分析,贵州省古茶树中普安古茶树是最为原始的古茶树,接下来是三都、石阡两个地方的古茶树,然后再是都匀、石阡、沿河的古茶树,前人研究也证明都匀古茶树贵定鸟王已由野生型向栽培型演化,且大部分接近栽培型。4全基因组关联分析古茶树的LD快速衰减(10kb-20kb),支持古茶树在自然环境的生长过程中处于相对较弱的选择。全基因组关联分析选择使用CMLM模型,曼哈顿图中SNP位点值超过阈值8形成信号峰的表型数据有叶齿、锯齿深度、树型、叶质、叶尖、子房毛有无,小于8的有叶长、叶宽、叶面积、叶脉对数、叶色、叶形等。在TEA029928,TEA012294和TEA028016基因座上鉴定了三个与植物类型有关的GWAS信号。RT-q PCR验证GWAS挖掘代表性基因在不同性状的古茶树群群体中的表达水平。结果表明:TEA021477基因:浅绿色叶片表达水平的古茶树明显低于深绿色叶片的古代茶树;TEA029928基因:灌木型古茶树的表达水平明显高于乔木型古茶树的基因表达水平。本研究进一步阐明贵州省古茶树的进化史,提供实质性和宝贵的基因组资源,将大大促进茶树种质的改良和分子育种工作。
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