【摘 要】
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福建是我国重要产茶区,其茶树种质资源丰富。然而,由于异花授粉和近交衰退等原因,导致遗传基础单一,不利于茶树新品种的选育。茶树品种亲缘关系是新品种的选育重要基础,香气是影响茶叶品质的重要指标。因此为探究福建省茶树种质亲缘关系及影响茶叶香气品质形成的关键因素,本研究以包括福建省在内的13个省份70份茶树种质资源为材料,进行RAD-seq测序,并通过GC-MS检测茶树鲜叶挥发物。基于测序数据所得SNP分
【基金项目】
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国家现代农业(茶叶)产业技术体系专项(CARS-19); 福建农林大学“双一流”建设科技创新能力提升培育计划(KSYLP004); 6.18协同创新院茶产业技术分院专项(K1520001A); 福建茶树种质资源研究与创新利用(K1520005A01);
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福建是我国重要产茶区,其茶树种质资源丰富。然而,由于异花授粉和近交衰退等原因,导致遗传基础单一,不利于茶树新品种的选育。茶树品种亲缘关系是新品种的选育重要基础,香气是影响茶叶品质的重要指标。因此为探究福建省茶树种质亲缘关系及影响茶叶香气品质形成的关键因素,本研究以包括福建省在内的13个省份70份茶树种质资源为材料,进行RAD-seq测序,并通过GC-MS检测茶树鲜叶挥发物。基于测序数据所得SNP分析茶树品种亲缘关系、选择压力和挥发物关联分析,挖掘茶树香气相关的候选基因及SNP位点。本研究主要结果如下:1.基于RAD-seq测序70份茶树种质资源共检测到60,258,975个SNP位点。系统进化树、主成分及群体结构分析结果表明,福建省内茶树均与闽北地区茶树亲缘关系更近,省外的台湾与福建闽南、闽北地区,浙江、四川与福建的闽东地区,湖南、安徽与福建闽北地区亲缘关系更近,福建与多个地区茶树种质资源存在近缘关系。2.将70份茶树种质资源按地理位置划分为福建、华东、华南、华中和西部地区。RAD-seq测序表明,福建地区茶树品种SNP数量最多。各地区核苷酸多样性均小于0.5%,其中福建地区与华南地区茶树品种的核苷酸多样性最高。福建与华东和西部地区茶树的平均遗传分化指数Fst值均小于0.05,与华东地区平均Fst值最小为0.02,与华南地区平均Fst值最大为0.07。中性检验Tajima’s D结果表明,除华中地区外其余地区均为负值。通过受选择压力分析发现华东、华南、华中和西部地区受选择基因分别为202、158、295和180个。GO和KEGG富集分析结果表明受选择基因主要涉及植物激素信号转导、植物-病原互作、苯丙烷生物合成、脂肪酸生物合成及呼吸作用和光合作用等通路,并在呼吸作用、光合作用及代谢相关通路中大量富集。3.通过GC-MS检测茶树鲜叶挥发物,发现挥发物种类在不同茶树品种鲜叶中差异较小,含量差异较大。其中3-蒈烯、青叶醇和(E)-4-己烯-1-醇是鲜叶中含量较多的物质。大部分茶树品种鲜叶以醇类和碳氢化合物为主,这两类挥发物主要呈现花果香,在不同茶树品种的香气组分中占比不同。聚类结果表明,福建茶树品种挥发物与四川、浙江和安徽茶树品种挥发物组成及含量相似,同一地区茶树品种挥发物较为接近。OAV、PCA和OPLS-DA分析结果表明,挥发物能够有效区分不同地区茶树品种,且闽东地区、闽北地区与浙江地区茶树品种香气相似,闽南与闽西地区茶树品种香气相似。4.连锁不平衡分析结果显示,茶树中的LD衰减速率较快。茶树鲜叶挥发物关联分析结果表明,候选基因与香气代谢通路相关基因共438个,其中多性状关联基因共5个,分别是丙酮酸脱羧酶基因PDC4、萜类合成酶基因TPS10、3-脱氢奎尼酸脱水酶/莽草酸脱氢酶基因EMB3004、原卟啉原氧化酶基因PPXII及二氢黄酮醇4-还原酶基因NGR_a02300,这些基因可能参与了茶树抗逆胁迫反应并影响茶叶品质。5.选择压力和GWAS共同分析结果表明,华南地区受选择基因中与α-法呢烯显著关联的基因5个,与3-蒈烯显著关联的基因同样5个,与(E)-4-己烯-1-醇显著关联的基因则4个,与芳樟醇氧化物II和水杨酸甲酯显著关联的基因分别为8个和9个。GO富集结果表明,这些受选择压力挥发物关联基因主要与代谢过程及细胞相关途径有关。且与两种挥发物关联的基因共3个,这些基因可能参与了香气的形成,是造成两地茶树品种香气差异形成的关键。
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