野生油茶种群遗传分化与种子脂肪酸组成的地理格局

Oil-tea camellia is the first main woody oil crop in China. Its seed oil is rich in unsaturated fatty acids, which is a high-grade edible vegetable oil. Seed fatty acid composition of oil-tea camellia has clear geographic differentiation, but its correlation with genetic differentiation is still unknown. Wild oil-tea camellia is the important genetic resource for oil-tea camellia breeding. Under strong influence of human activity, many wild populations of oil-tea camellia are suffering from serious threats. However, it is still unclear about the effects of human activity on the genetic structure of wild populations. Based on the complete investigation of wild oil-tea camellia distributions, this project plans to select wild populations along latitude and altitude gradients, and use microsatellite markers, gas chromatography etc. to: 1) investigate the relationships between population genetic differentiation and geographic isolation, latitude, altitude, and climate factors; 2) analyze the geographic differentiation in seed fatty acid composition, and its correlation with genetic differentiation and climate factors; 3) study the correlation between seed fatty acid composition and temperature adaptation through temperature-gradient germination experiments; 4) compare historical and recent gene flow, and genetic differentiation between different age classes, to investigate the effects of human activity on the wild populations. This study will provide the scientific bases for the determination of protected areas and conservation strategies of wild oil-tea camellia, and for the exploration and utilization of valuable wild resources.

油茶是我国第一大木本油料作物，油茶籽油富含不饱和脂肪酸，是优质的食用植物油。油茶种子脂肪酸组成具有明显的地理分化，但与遗传分化的关联仍不了解。野生油茶是油茶育种重要的遗传资源，受人类活动的强烈影响，大量的野生种群正遭受严重威胁。但是，人类活动对野生油茶种群遗传结构的作用还不清楚。本项目拟在全面调查野生油茶分布状况的基础上，选取纬度与海拔梯度的野生种群，采用微卫星分子标记、气相色谱检测等方法：1）分析种群间的遗传分化与地理隔离、纬度、海拔以及气候因子的关系；2）分析种子脂肪酸组成的地理分化，及其与遗传分化和气候因子的关联；3）通过温度梯度萌发实验，分析种子脂肪酸组成与温度适应性的关联；4）比较历史与最近基因流，以及不同树龄组的遗传分化，探讨人类活动对种群的影响。本项目将为野生油茶种群保护地和保护策略的确定，以及优异野生资源的挖掘和利用提供科学依据。

油茶是我国第一大木本油料作物，油茶籽油是优质健康的食用植物油。野生油茶是油茶育种宝贵的遗传资源。了解野生油茶种群遗传分化、种子含油率和脂肪酸组成的地理格局，有助于野生油茶遗传资源的保护与利用。本项目基于生态位模型预测了野生油茶的分布，结合实地调查了解了野生油茶的分布现状。基于高通量转录组测序，建立了高效开发多态性微卫星分子标记的新方法。开发了基于高通量测序的多倍体油茶微卫星基因分型技术，攻克了传统技术难以准确估计多倍体等位基因频率的难题。分析了17个野生油茶种群及65份主要栽培油茶的遗传多样性及遗传结构。测定了野生油茶种子含油率及脂肪酸组成。本研究揭示了野生油茶种群遗传分化的地理格局。发现庐山等少数野生油茶种群具有独特的遗传分化；东部与西部的野生油茶种群间存在明显的遗传分化。地理隔离可能是导致种群间遗传分化的主要因素。主要栽培油茶品种可能主要来源于东部的野生油茶。应注意研究、挖掘与利用西部及遗传分化独特的野生油茶种群中宝贵的遗传资源。野生油茶种子含油率随纬度上升而下降，具有明显的地理格局，与昼夜温差月均值呈显著负相关。野生油茶种子含油率的差异与种群间基于微卫星分子标记的遗传分化的相关性不显著。各地野生油茶种子不饱和脂肪酸含量差异较小（87.95±1.21%），脂肪酸组成相似，不饱和脂肪酸主要是单不饱和脂肪酸——油酸（78.19±1.76%），多不饱和脂肪酸含量较低，主要是亚油酸（8.34±1.54%），亚麻酸含量极低（0.43±0.09%）。野生油茶种子脂肪酸组成与纬度、海拔和气象因子的相关性均不显著，没有呈现明显的地理分化格局。由于各地大量砍伐和过度开发森林资源，野生油茶资源遭受严重破坏。受人类活动影响，部分野生油茶种群被分隔成较小的斑块；树龄小的野生油茶比例下降，树龄大的野生油茶比例上升，可能与大量采摘野生油茶果实有关；野生油茶斑块间基因流下降，斑块内近交增加，遗传多样性下降。本研究可以为野生油茶遗传资源的保护、挖掘与利用提供依据。