贵州喀斯特山区野生茶树种群表观遗传分化中的环境效应研究

There are a large number of wild tea (Camellia sinensis (L) O.Kuntze) germplasms in Guizhou karst mountainous area. These tea germplasms not only have outstanding production traits, but also they are excellent raw materials in tea breeding field. However, the wild tea trees in different regions exhibit phenomena of traits differentiation serious. This may be related to local climate and soil environmental factors. In view of this, our study will use wild tea of Guizhou Province as materials, focusing on the roles of environment variables in epigenetic variation of tea populations. AFLP, RAD-seq, MSAP, methylation filtration library and bisulfite genomic sequencing technology will be used to study population epigenetic variation patterns and identify adaptive deviation loci of tea populations. Furthermore, the climate and soil factors of tea population including light, temperature, humidity, water, organic matter, conductivity, nitrogen, phosphorus, and metal elements will be determined. Combined with Bayesian statistical genetics analysis method, the environmental effects of population epigenetic differentiation will be studied. Then the importance of ingredients on population epigenetic differentiation and the leading factors of climate and soil on adaptive evolution of tea populations will be revealed. The results can provide a reference for subsequent fine breeding and introduction.

贵州喀斯特山区分布有大量野生茶树(Camellia sinensis (L) O.Kuntze)种质，不仅生产性状优异，而且在茶树育种领域也是优良的原始材料。但是，不同地区野生茶树表现出性状分化严重的现象，这可能与当地的气候和土壤环境因子有关。鉴于此，本研究以贵州省野生茶树为材料，着重解析环境变量在茶树种群表观遗传变异中的作用。将采用AFLP、RAD-seq、MSAP、甲基化过滤文库和重亚硫酸盐测序等技术，研究种群表观遗传变异式样并鉴定出同茶树种群适应性相关的偏离座位；同时，测定茶树种群生长地的气候和土壤因子，包括光照、温度、湿度、水分、有机质、导电率、氮、磷以及金属元素含量，结合贝叶斯统计遗传学分析方法，研究种群表观遗传分化中的环境效应，揭示各成分在茶树种群表观遗传分化中的相对重要性，确定对决定茶树适应性进化起主导作用的气候和土壤成分。研究结果可为后续的良种选育和引种提供参考。

贵州喀斯特山区分布有大量野生茶树种质，不仅生产性状优异，而且在茶树育种领域也是优良的原始材料。但是，不同地区茶树表观性状分化严重，导致生产品质差参不齐，直接影响产品销售和品牌推广。鉴于此，本研究利用代谢组学技术分析了不同表型茶树之间的代谢差异。结果在大叶种和中叶种，大叶种和小叶种，中叶种和小叶种中分别鉴定出788、626和835种差异代谢产物，主要分布在类黄酮生物合成途径（flavonoid biosynthesis）、芪类化合物，二芳基庚烷和姜辣醇生物合成途径（stilbenoid, diarylheptanoid and gingerol biosynthesis）、柠檬酸盐循环途径（citrate cycle）和丙酸酯代谢途径中（propanoate metabolism）。以往研究表明海拔高度和气温与黄酮类化合物生物合成途径及柠檬酸盐循环途径具有较高相关性，据此我们推测这两种气候因素可能对茶树叶面积的分化影响较大。同时，我们也分析了红茎系和绿茎系以及黄花系和白花系茶树的代谢差异，结果筛选到的差异代谢物主要分布于苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸代谢途径（phenylalanine, tyrosine and tryptophan biosynthesis）、黄酮和黄酮醇代谢途径（flavone and flavonol biosynthesis）以及类黄酮生物合成途径中（flavonoid biosynthesis）。另外，为了筛选高光效茶树作物品种，我们以烟草为模式样品，使用双通道可变振幅式叶绿素荧光仪，并搭配最新设计的P515/535模块，测量样本在单周转饱和光、1 s可见光、60 s可见光的P515光谱信号变化情况，结果发现P515光谱测定法是一种可以测量C3植物跨膜电势差的探测技术。以上研究结果可为不同表型茶树的加工工艺改良、滋味品质提升和功能性成分富集等方面提供依据，也可为后续的良种选育和引种提供参考。