茶树资源遗传多样性及其表型性状关联EST-SSR位点的初步鉴定

茶树(Camellia sinensis (L. ) O. Kuntze)植物是我国重要的经济和饮料作物,起源于中国的西南地区,在由起源中心向复杂多样的生态环境传播中,经过长期的自然选择和人工干预,发生了从形态水平到分子水平的一系列变化,形成了丰富多样的茶树种质资源。但是由于长期的异花授粉和自交不亲和使其高度异质杂合,选育一个良种耗时长。因此,提高早期选育效率和准确鉴定目标性状成为茶树育种家关心的重大问题之一。茶树种质资源遗传多样性和群体结构研究是开展优异基因发掘和品种选育的基础,然后利用生物学手段发掘与茶树重要经济性状变异相关的分子标记,以期利用分子标记与目标性状间的关系进行标记辅助育种,缩短选育年限,提高选育效率。本研究通过22个表型标记与110对EST-SSR引物对我国14省(市)的野生茶树、地方品种和选育品种(系)共308份进行遗传多样性和变异研究,并对表型变异与EST-SSR等位变异进行关联分析,目标在于发掘控制重要性状的分子标记,为标记辅助育种在茶树选育过程中提供思路。主要研究结果如下: 1.基于表型标记的变异分析及多样性评价 对茶树芽叶性状和生化组分进行遗传多样性和变异研究,结果发现,Shannon-weave多样性指数在0.73-2.13之间,新梢和叶片的6个描述型性状多样性指数(H’)平均为0.91,数值型性状上的变异广泛,表现出丰富的遗传多样性,平均遗传多样性指数(H’)达到1.89,变异类型比较丰富,变异系数的变化范围在16.06%-195.70%之间,很多性状变异系数较高,有很大的选择潜力,儿茶素类的变异情况最为突出。主成分分析结果表明各性状的贡献率分散,累计贡献率增长不明显,说明茶树表型性状变异的多向性;同时,每个主成分都比较客观地反应了变异的主要来源和关系。基于形态标记对群体资源聚类可分为五大类群,第Ⅰ、Ⅱ类群的茶树资源叶型和新梢偏大,且儿茶素和咖啡碱含量较高,而且非酯型儿茶素含量占总儿茶素的比例也较高,而过渡到第Ⅴ类群芽叶变小,儿茶素类和咖啡碱含量降低,同时非酯型儿茶素比例也降低。不同省(市)的变异水平和遗传多样性的结果显示,云南、广东、广西的种质资源表现为高变异水平和丰富的遗传多样性,河南和安徽较低。对野生资源、地方品种和选育品种(系)的变异和多样性分析结果显示,变异水平和遗传多样性均以野生资源最高,选育品种(系)的变异水平较地方品种高,遗传多样性较地方品种低。 2. EST-SSR分子标记开发及其对茶树资源遗传多样性的分析 筛选的110对茶树EST-SSR引物在供试茶树品种资源中均表现出多态性,多态性指数达100%,分子量变异范围为80-330bp,共检测到457个等位变异,平均每个位点检测出4个等位变异。利用110对核心引物对308份茶树资源进行PCR扩增,结果显示,平均基因多样性指数为0.58,从0.03到0.91不等,TM146最低,TM210最高;平均多态性信息量(PIC)为0.55,不同位点多态性变化较大,其中TM210在样品中检测到的变异最丰富,PIC达0.91;TM146最低,PIC低至0.03。利用EST-SSR分子标记基于Nei’s遗传距离构建N-J无根聚类图,供试茶树种质资源基本按照不同的生态茶区分为三大类群,第Ⅰ类群以西南茶区和湖北的资源为主,包括云南、四川的全部资源和湖北的大部分资源,江西的两份资源、浙江的一份资源也分布于此类群;第Ⅱ类群以西南和华南茶区的资源为主,包括贵州、重庆、广西的全部资源和广东的大部分资源;第Ⅲ类群以江南、江北茶区的资源为主,包括福建、浙江、湖南、安徽、江苏、河南的全部资源,还有江西的大部分资源和广东的几个选育品种。与形态标记的结果一致,云南和广西、广东的多样性偏高,湖南、江苏、安徽和河南的多样性偏低。利用EST-SSR分子标记对地方品种,选育品种(系)和野生茶树进行遗传多样性比较,结果显示野生资源的杂合程度与遗传多样性最高,选育品种(系)的多样性和杂合程度最低,与基于表型标记的结果一致。 3.与重要表型性状相关EST-SSR标记的关联分析 利用EST-SSR分子标记对茶树基因组LD结构进行粗略估计,110个EST-SSR标记中共检测到4656个成对位点组合存在连锁不平衡,占所有可能成对位点组合的38.8%,其中301个成对位点组合存在较高程度的连锁不平衡(D’>0.5)。对于全群体,标记间的r2平均为0.01,而D’平均达0.28,可以看出供试茶树群体的连锁不平衡主要由重组引起,突变对不平衡的贡献较少。采用基于数学模型的聚类方法分析参试种质的遗传结构,当群体数目k=5时模型后验概率LnP(D)最大和比较稳定的α值。通过对遗传结构分析和调整,以各个个体相应的Q值作为协变量,表型变异对SSR位点变异的回归分析中发现71个位点的变异与21个表型变异相关(p<0.01),除叶身没有检测到相关的标记外,其他表型变异均有检出相关的等位位点变异,其中39个标记与累计15个性状表现为极显著(p<0.001)。