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茶是世界上最受欢迎的非酒精类饮品,富含多种有益人体健康的多酚类天然化合物。非洲是全球重要的茶叶生产中心之一,茶树(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)作为重要作物对非洲的经济发展具有重要贡献。尽管茶在非洲具有重要的经济价值,然而至今尚缺乏在整个非洲尺度上的遗传多样性及遗传关系的综合研究;而且大多数非洲茶树种质资源的引种来源仍不清楚。利用共显性的核基因组微卫星(nSSR)分子标记和母系遗传的叶绿体(cpDNA)标记可用于准确评价非洲茶树种质资源的遗传多样性和茶树复杂品系的亲缘关系。本研究基于核基因组微卫星标记分型、叶绿体片段测序和基于高通量测序的简化基因组分型(GBS)等方法,研究非洲茶树种质资源的遗传多样性、亲缘关系和引种来源地,以期探讨非洲茶树品种改良的培育方式。阐明非洲茶树遗传结构对未来定向培育新品种、特殊茶叶加工和种质资源保护等均具有重要的指导意义。 本研究主要内容包括:⑴基于23对核基因组微卫星标记对保存在肯尼亚茶树研究所(TRI)的193份茶树种质资源进行了群体遗传学分析,共检测到266个等位基因,每个位点的等位基因数目为4-19个,平均为7.88个。利用遗传结构(STRUCTURE)的遗传聚类分析更正了基于形态学鉴定错误的茶树样品,基于遗传聚类鉴定的分析结果表明,大叶茶(C.sinensis var.assamica)尽管是东非栽培最广的茶树类型,但具有最低的遗传多样性(Hs=0.648);而柬埔寨茶(Cambod tea)具有最高的遗传多样性(Hs=0.76),验证了柬埔寨茶为不同茶树类型之间的杂交起源。在东非栽培的茶树品种与保存在茶树研究所种质圃的茶树品种相比拥有更低的遗传多样性(Hs=0.661)。具有相同地理来源、谱系和叶片颜色的茶树样品通常在邻接树上聚在一起,表明它们可能具有相同的种质来源。研究结果进一步表明,东非地区的茶种种质资源具有复杂的栽培历史,大部分茶树品种为杂交F2代和回交后代,大叶茶在茶树的培育过程中有显著的贡献,且通常作为母本。本研究强调了迁地保护对保护茶树种质资源遗传多样性的重要性,可作为东非地区今后培育茶树品种的重要种质资源。⑵基于23对核基因组微卫星标记和3个叶绿体片DNA段对采自非洲8个国家的280份茶树种质资源开展了遗传多样性、亲缘关系和培育式样等研究。结果表明,280份非洲栽培茶树资源共检测到297个等位基因,表现为较低的遗传多样性水平(Hs=0.652),可能是由于非洲的茶树品种从少数引种的祖先品种中选育而来;STRUCTURE聚类分析表明,非洲茶树资源主要分为小叶茶(Camellia sinensis var.sinensis)和大叶茶(Camelliasinensis var.assamica)两种茶树类型的遗传分组和一个杂合遗传组(mosaic),杂合组的茶树样品被鉴定为杂交F2代和回交后代,而且大部分样品的母本为大叶茶,表明人工杂交可能是非洲茶树品种选育的重要方式。基于叶绿体片段分析,大叶茶又进一步分为两个主要的茶树培育中心,分别位于非洲中南部(Tea Research Foundation of Central Africa,TRFCA)和非洲东部(Tea Research Foundation of Kenya,TRFK),培育出了很多适应本地生长的优良茶树品种,而且部分茶树品种在相近的国家间共有。本研究首次有效利用不同遗传方式的分子标记探讨了非洲茶树品种的培育历史,推断出了多个杂交品种的亲本来源。研究结果对今后非洲茶树新品种的选育和种质资源的发掘、利用和保护等具有重要的指导意义。⑶利用23对核基因组微卫星标记和3个叶绿体片DNA段对采自非洲和亚洲11个国家的439份茶树种质资源进行了研究,澄清了非洲茶树种质资源的地理和基因来源,并界定了非洲茶树品种培育过程中亚洲茶树基因库的应用现状。研究发现,大部分非洲茶树(79%)是产印度阿萨姆的大叶茶,可能直接引种自印度或经斯里兰卡间接引种到非洲;小叶茶则直接或间接从中国引种到非洲。中国产的大叶茶在非洲茶树品种的培育中并没有被很好地利用,是非洲茶树品种培育的潜在的重要遗传资源。基于3个叶绿体片段的序列分析,439份茶树种质资源共检测到22个叶绿体单倍型,它们聚为3个主要分支,单倍型的地理分布与核基因组微卫星基因型的地理分布基本一致。在亚洲的茶树样品中拥有多个特有单倍型,可以丰富非洲茶树资源的基因库并用于新品种的培育。弄清非洲茶树的引种地来源和遗传组成特征对未来品种选育、种质资源保护和非洲茶树基因库的最优管理策略制定等具有重要的指导作用。⑷利用新一代测序技术对茶树及其野生近缘种的168份样品进行了简化基因组(GBS)测序,并筛选SNP位点。每份样品干净的测定序列(clean reads)平均约为440万碱基,测序质量高,测序深度范围介于×6.47至×22.85之间。质控分析后,168份样品共鉴定出247,760个高质量的SNP位点。基于这些SNP位点的主成分和贝叶斯聚类分析表明,小叶茶、产中国的大叶茶、产印度阿萨姆的大叶茶和茶树野生近缘种聚为不同的分支。贝叶斯聚类、主成分分析及遗传分化分析与基于核基因组微卫星标记和叶绿体片段分析得到的非洲茶树引种地来源的结果一致。基于邻接法(Neighbor Joining)分析,168份茶树样品形成2个主要分支,第一分支主要包括了茶树野生近缘种和13份来自肯尼亚、卢旺达、中国、老挝和越南的茶树样品,进一步确认了茶树野生近缘种在茶树品种的驯化和培育过程中具有较高的应用潜力;第二分支则包含了绝大部分栽培茶树品种。基于简化基因组的结果将会显著促进茶树亲本的选择和品种选育的速度和收益。