利用ISSR和EST-SSR標記研究中國茶樹資源的遺傳多樣性和遺傳結構.pdf

1、茶樹(Camellia sinensis(L.) O. Kuntze)屬于山茶科（Theaceae）山茶屬（Camellia）茶組(Sect.Thea(L.) Dyer)植物，原產于中國，是世界上最重要的飲料作物之一。在復雜多樣的生態(tài)條件下，經過長期的自然演化和人工選擇，形成了豐富多樣的茶樹種質資源，這其中蘊含著高抗、優(yōu)質等重要優(yōu)異性狀的基因資源。充分了解和掌握茶樹種質資源的遺傳多樣性和遺傳結構，是開展茶樹種質資源收集保存、有益基因發(fā)掘

2、和品種選育的重要基礎。由于DNA標記具有多態(tài)性高、鑒定準確快速等優(yōu)點，故它已成為茶樹遺傳多樣性研究的重要技術和手段。本研究利用微衛(wèi)星相關標記ISSR或EST-SSR技術，分析了中國不同類型、不同地區(qū)茶樹資源的遺傳多樣性和遺傳結構，并基于EST-SSR標記的基因分型，分析了茶樹分子標記與表型性狀的關聯性。
　　 1、ISSR和EST-SSR標記在茶樹遺傳多樣性研究上的比較分析
　　 比較了ISSR和EST-SSR在多態(tài)性位

3、點數、引物解析能力、多態(tài)性信息含量和標記系數等方面的差異，結果表明在位點檢測能力上ISSR明顯高于SSR，每條ISSR引物可檢測的平均條帶數(12.5)比每對EST-SSR引物(3.1)高3倍。ISSR標記的Rp值是EST-SSR標記的6.3倍，表現出較高的品種鑒別方面能力。ISSR標記多態(tài)性信息含量(PIC)和標記系數( MI)也明顯高于EST-SSR，說明ISSR具較高的位點多態(tài)性和較高的標記效率。
　　 盡管兩種標記在檢測

4、中國、日本和肯尼亞茶樹資源的遺傳多樣性差異上表現出較一致的趨勢，但基于ISSR估算的遺傳多樣性指數(H=0.21)低于EST-SSR( H=0.28)，這可能是由于ISSR屬顯性標記，無法檢測到等位位點的變異，遺漏了部分重要的遺傳信息，導致對遺傳多樣性水平的估計出現偏差，進而影響到遺傳距離的估算和聚類分析的結果。而EST-SSR可以檢測到等位位點的變異，比ISSR能更準確地反映和揭示供試品種的遺傳多樣性水平。同時由于單個EST-SSR標

5、記檢測到的位點數量較ISSR標記少，且特異性較強，譜帶較易分辨，因此EST-SSR比ISSR標記更適用于對大量樣本的分析。
　　 2、中國無性系育成品種的遺傳多樣性和親緣關系分析
　　 利用27個ISSR引物對36個無性系茶樹育成品種的DNA進行了擴增，共獲得了500條多態(tài)性條帶，平均每個引物擴增的多態(tài)性條帶為18.5條。ISSR引物的Rp值較高，平均為9.59（變異范圍5.69-14.47），表明具備較強的品種鑒別能力

6、。IR29和IR44單個引物擴增形成的DNA指紋即可辨別36個不同的茶樹品種。遺傳多樣性分析表明，不同地區(qū)育成品種的遺傳多樣性水平略有差異，遺傳多樣性指數(H)和Shannon信息指數(I)的變異范圍分別是0.20-0.23和0.31-0.36。區(qū)域間茶樹品種的遺傳分化指數(Gst)的平均值為0.18，表明僅有18％的遺傳多樣性來源于區(qū)域間的差異，而82％的遺傳多樣性源自于區(qū)域內品種間的遺傳差異。10個大面積主栽茶樹品種的遺傳多樣性占供

7、試品種總體多樣性水平的88％?；贗SSR和EST-SSR標記的比較分析均表明，中國主栽茶樹品種的遺傳多樣性明顯高于日本和肯尼亞的茶樹品種，表現出較廣泛的遺傳基礎。聚類分析表明，茶樹育成品種的親緣關系不僅與其遺傳背景有關，而且與地理來源有關。
　　 3、中國綠茶與烏龍茶適制品種遺傳多樣性差異的比較分析
　　 基于EST-SSR標記研究了31份綠茶和37份烏龍茶適制品種資源的遺傳多樣性差異，結果表明烏龍茶品種基因多樣性指數

8、(H)、多態(tài)性信息含量(PIC)和平均遺傳距離(GD)均略高于綠茶品種?；跀祵W模型的聚類分析將供試品種分為兩個亞類群，亞群A中67.9％的品種為烏龍茶適制品種；亞群B中71.0％的綠茶品種聚類其中?；贜ei遺傳距離的聚類分析將供試品種分為三個類群，其中類群I和II中以烏龍茶品種為主，分別占69.6％和66.7％；而類群III中包括了61.3％的綠茶品種。兩種聚類方法均表明，大部分樣本按品種適制類型聚類，但也有部分品種在群體結構中相互

9、滲透，呈較明顯的穿插分布，推測這與品種的地理來源和遺傳背景有關。
　　 4、中國茶樹初選核心種質的遺傳多樣性和遺傳結構分析
　　 基于EST-SSR標記對272份初選茶樹核心種質的遺傳多樣性和遺傳結構進行了分析。結果表明供試種質的平均多態(tài)性信息含量( PIC)值為0.531，平均基因多樣性(H)為0.562。依據PIC和H值的大小，對不同省區(qū)茶樹資源的遺傳多樣性按由高到低的水平排序，依次為：廣西>云南>廣東>福建>浙江>

10、湖北>江西>重慶>貴州>陜西>四川>安徽>湖南。我國茶樹資源的遺傳多樣性的空間分布呈現的特點是，遺傳多樣性從茶樹原產地由南向北，由西向東遞減，并且沿海地區(qū)高于內陸地區(qū)，這為研究我國茶樹遺傳演化的地理路徑提供了參考依據。
　　 對不同種質類型茶樹的遺傳多樣性進行比較分析，發(fā)現野生茶樹群體的遺傳多樣性( H=0.563，PIC=0.529)高于地方品種(H=0.550，PIC=0.520)和選育品種(H=0.556，PIC=0.52

11、3)，說明在栽培馴化和人工選擇壓力下，導致部分等位位點丟失.使栽培茶樹的遺傳多樣性水平略有下降。對EST-SSR位點間的連鎖不平衡(LD)情況進行配對檢測，結果表明地方品種和選育品種（系）的不平衡成對位點數高于野生茶樹資源，推測栽培茶樹中較頻繁的異交以及對特定基因位點的人為選擇使位點間的連鎖不平衡程度增加。
　　 AMOVA分析表明，茶樹的遺傳多樣性主要源于茶樹群體內的遺傳差異，群體間的遺傳差異對整體遺傳多樣性的貢獻較少(0.7

12、％.1.2％)，這主要是由于茶樹作為異花授粉植物，其強大的基因流促進了不同群體間的基因交換，導致群體間的基因和基因型頻率逐漸接近，分化系數降低，遺傳距離較近?；跀祵W模型聚類將供試種質分為5個亞類群，而基于Nei遺傳距離的聚類分析將供試種質分為4個群，其中亞群內的聚類品種基本與數學模型聚類的結果基本對應。兩種聚類分析均表明，中國茶樹資源存在明顯的遺傳結構，它與地理來源和種質類型均存在相關性。盡管多數地理來源相同的種質往往共聚在小類群中，

13、但也有部分地理來源相同的種質分別在不同群中分散聚類的情況，說明中國初選茶樹核心種質具有遺傳多樣性分布廣泛的特點。
　　 5、基于基因分型初步鑒定與茶樹表型性狀關聯的EST-SSR標記
　　 通過EST-SSR標記對112份材料進行基因分型，開展了分子標記與新梢一芽二葉長( BI)、一芽二葉百芽重(BW)、葉片長度(II)、葉片寬度(LW)、咖啡堿含量(CAF)、氨基酸含量( AA)和茶多酚含量(TP)共7個茶樹表型性狀關

14、聯的初步分析。結果表明，在不考慮位點間的連鎖不平衡( LD)和供試群體的結構(SA)時，利用ANOVA方法可檢測到三個EST-SSR位點CS185、CS121和CS153與五個表型性狀顯著相關，其中標記185同時與BL、BW、LL和LW等4個表型性狀顯著相關，標記CS121同時與BW、LL和LW等3個表型性狀顯著相關，而CS153僅與AA顯著相關。但在考慮位點間的連鎖不平衡和供試群體結構的情況下，通過回歸分析僅鑒定出2個EST-SSR標

15、記CS153和CS84與兩個表型性狀顯著關聯，其中標記CS153與性狀LL顯著關聯，對表型變異的解釋率為0.07，而標記CS84與性狀TP顯著關聯，對表型的解釋率為0.35。
　　 兩種檢測方法中，僅有一個標記CS153被同時檢出，但與之關聯的性狀卻不同。在不考慮供試樣本群體結構的情況下，亞群的混合使整個群體所估計的LD強度增強，可能導致多態(tài)性位點與性狀的相關性并非由功能性等位基因引起，從而可能提供了假陽性結果。因此在關聯分析前