基于比较基因组分析普通油茶和小果油茶野生居群遗传分化及果实性状变异

Camellia oleifera and relative species C. meiocarpa are major woody oil crops in China. Camellia oleifera has big fruits with low seed percentage, while C. meiocarpa has small fruits with high seed percentage. If combine the good traits of both, it may produce a high yield variety with big fruits and high seed percentage. Wild populations of them contain rich variations of fruit traits, and interspecific hybridization and introgression may produce good fruit traits, providing valuable genetic resources. However, wild resources attract little attention. Genetic differentiation between wild populations and its relationship with fruit trait variation is unclear. Therefore, the evaluation and utilization of genetic resources are restricted. Applicants are familiar with the distributions of C. oleifera and C. meiocarpa wild populations, and have knowledge on the genetic differentiation pattern of C. oleifera wild populations. The technical system of comparative genome analysis has been established. On the basis, this project is going to use fruit trait and comparative genome analyses to: 1) resolve genetic differentiation between C. oleifera and C. meiocarpa wild populations and its relationship with fruit trait variation; 2) develop molecular markers associated with key fruit trait variations; and 3) find wild genetic resources with good fruit traits. The project will help to understand the molecular basis of fruit trait variation, facilitate the efficient evaluation and utilization of wild genetic resources, and increase the efficiency of high-yield variety breeding.

普通油茶及近缘种小果油茶是我国重点发展的木本油料作物。普通油茶果大、出籽率低（油籽比例低），小果油茶果小、出籽率高。若整合两者果实优良性状，可选育果大、出籽率高的高产油茶。两者野生居群有丰富的果实性状变异，可能由于种间杂交渐渗产生优良果实性状，是宝贵的遗传资源。但野生油茶资源受关注少，两者野生居群遗传分化及与果实性状变异的关系不清楚，限制了遗传资源的评价与利用。申请人了解普通油茶和小果油茶野生居群分布，对普通油茶野生居群遗传分化格局有深入认识，建立了比较基因组分析技术体系。本项目拟在此基础上，基于果实性状和比较基因组分析：1）解析普通油茶和小果油茶野生居群的遗传分化及其与果实性状变异的关系；2）开发与重要果实性状变异相关联的分子标记；3）寻找具有优良果实性状的野生油茶遗传资源。本项目将有助于了解野生油茶果实性状变异的分子基础，促进野生遗传资源高效评价与利用，提高油茶高产品种选育的效率。

油茶是我国重点发展的木本油料作物。普通油茶和小果油茶分别是第一和第二主栽油茶物种。与小果油茶相比，普通油茶果实较大但出籽率较低。若整合两者果实优良性状，可选育果实大且出籽率高的高产油茶。油茶野生居群可能有丰富的果实性状变异，可能由于种间杂交渐渗产生优良果实性状。本项目基于比较转录组和叶绿体基因组分析，重建了山茶属油茶组物种的系统发育树，解析了普通油茶和小果油茶间的系统发育关系。比较了普通油茶和小果油茶叶绿体基因组间的遗传分化。对普通油茶和小果油茶果实发育关键阶段的果皮和种子样本进行了转录组测序分析和比较。对全国27个普通油茶野生居群和24个小果油茶野生居群进行了调查和采样。完善了基于高通量测序的多倍体微卫星基因分型方法，用35个微卫星分子标记对六倍体普通油茶和四倍体小果油茶野生居群样本进行了基因分型。基于微卫星基因型分析了普通油茶和小果油茶野生居群间的遗传分化。分析了普通油茶和小果油茶野生居群间的果实性状变异及其与居群间遗传分化的关系。本项目研究明确了普通油茶和小果油茶为不同物种，两者间存在明显的遗传分化，并开发了鉴别两者的叶绿体基因组分子标记。鉴别了与重要果实性状变异相关联的功能基因，关键基因包括：油茶果皮生长素合成代谢通路中的6个关键激酶同源基因；以及调控果皮和种子木质素合成和积累相关的3个转录因子基因。揭示了普通油茶和小果油茶野生居群间的遗传分化格局。发现普通油茶和小果油茶野生居群间存在明显的遗传分化，野生居群内有部分个体呈现杂合状态，说明两者野生居群间存在自然杂交。发现普通油茶与小果油茶野生居群间果实性状存在明显分化，野生居群间的自然杂交和基因渐渗会影响果实性状变异，可能产生具有优良果实性状的野生油茶遗传资源。在潜在的杂交渐渗居群中发现了具有优良果实性状的野生油茶遗传资源。本项目的研究成果有助于了解油茶果实性状变异的分子基础，促进野生油茶遗传资源的高效挖掘与利用。