全 文 ：云南古茶园栽培大叶茶和大理茶群体的叶绿体
RPL32灢TRNL核苷酸变异和遗传分化*
刘暋阳1,2,杨世雄3,高立志1
**
(1中国科学院昆明植物研究所植物种质资源与基因组学研究中心,云南 昆明暋650204;
2中国科学院研究生院,北京暋100049;3中国科学院昆明植物研究所
生物多样性与生物地理学重点实验室,云南 昆明暋650204)
摘要:对云南地区栽培的大叶茶 (Cameliasinensisvar灡assamica)9个居群和大理茶 (C灡taliensis)3个
居群的遗传多样性和居群遗传结构进行了比较研究。通过对94条叶绿体DNA RPL32灢TRNL序列的核苷
酸序列变异进行分析,共发现了7个单倍型。研究结果表明,大叶茶 (h=0灡728,毿=0灡00469)比大理
茶 (h=0灡610,毿=0灡00225)拥有更为丰富的遗传变异,但其居群遗传分化水平 (Gst=0灡580,FST =
0灡612)却低于大理茶 (Gst=0灡696,FST=0灡773)。AMOVA分析进一步证实了它们的遗传变异主要存
在于居群间,且大叶茶 (61灡21%)低于大理茶 (77灡34%)。相对于大理茶,遗传多样性水平在本研究所
取的大叶茶居群间存在着较大的差异,单倍型多态性水平变化范围为0~0灡809,核苷酸多态性水平变化范
围为0~0灡00487。最后,讨论并提出了科学有效地保护我国古茶园茶种资源的建议和对策。
关键词:大叶茶;大理茶;叶绿体DNA;遗传多样性;古茶园;RPL32灢TRNL
中图分类号:Q16暋暋暋暋 暋暋文献标识码:A暋暋暋暋暋暋暋暋文章编号:0253灢2700(2010)05灢427灢08
ComparativeStudyontheChloroplastRPL32灢TRNLNucleotide
VariationwithinandGeneticDifferentiationamongAncient
TeaPlantationsofCameliasinensisvar灡assamicaand
C灡taliensis(Theaceae)fromYunnan,China
LIUYang1,2,YANGShi灢Xiong3,GAOLi灢Zhi1**
(1PlantGermplasmandGenomicsCenter,KunmingInstituteofBotany,ChineseAcademyofSciences,
Kunming650204,China;2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;
3KeyLaboratoryofBiodiversityandBiogeography,KunmingInstituteofBotany,
ChineseAcademyofSciences,Kunming650204,China)
Abstract:Inordertoassessgeneticdiversityandpopulationstructure,nineCameliasinensisvar灡assamica
andthreeC灡taliensispopulationsfrom Yunnan,Chinawereevaluated.Basedonnucleotidevariationof94
cpDNARPL32灢TRNLsequences,atotalofsevendistincthaplotypesweredetectedinthestudiedpopula灢
tions.ItwasapparentthatC灡sinensisvar灡assamica(h=0灡728,毿=0灡00469)possessedhigherlevelsof
geneticdiversitythanC灡taliensis(h=0灡610,毿 =0灡00225).However,geneticdifferentiationamongpop灢
ulationsofC灡sinensisvar灡assamica(Gst=0灡580,FST=0灡612)waslowerthanthatamongC灡taliensispop灢
云 南 植 物 研 究暋2010,32(5):427~434
ActaBotanicaYunnanica暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋DOI:10灡3724/SP灡J灡1143灡2010灡10077
*
**
基金项目:中国科学院昆明植物研究所 “百人计划暠引进人才启动项目 (51O602511121);昆明植物研究所创新三期领域前沿
重点项目 (672705232515);云南省自然科学基金重点项目 (2008CC016);中国科学院 “百人计划暠择优支持项
目;云南省高端科技人才引进项目 (20080A009);国家自然科学基金NSFC灢云南联合基金项目 (U0936603)
通讯作者:Authorforcorrespondence;E灢mail:lgao@mail灡kib灡ac灡cn
收稿日期:2010灢04灢12,2010灢06灢09接受发表
作者简介:刘阳 (1984-)男,硕士研究生,从事栽培茶树及其野生近缘植物的群体遗传学和保护生物学研究。
ulations(Gst=0灡696,FST =0灡773).OurAMOVAanalysisfurtherrevealedthatthemajorityofvariation
waspartitionedamongpopulationsofthetwotaxa,whileC灡sinensisvar灡assamica(61灡21%)showedlower
levelofgeneticdifferentiationthanC灡taliensis(77灡34%).IncomparisonstoC灡taliensis,geneticdiversity
withinC灡sinensisvar灡assamicalargelyvariedamongpopulations,rangingfrom0to0灡809andfrom0to
0灡00487forhaplotypeandnucleotidediversity,respectively.Conservationstrategieswerefinalydiscussed
andproposedtoefficientlyprotectancientteaplantationsinChina.
Keywords:Cameliasinensisvar灡assamica;Cameliataliensis;cpDNA;Geneticdiversity;Ancienttea
plantations;RPL32灢TRNL
暋 茶 (Cameliasinensis(L.)O.Kuntze)作
为世界三大饮料植物之一,在分类学上属于山茶
科 (Theaceae)山 茶 属 (Camelia)之 茶 组
(sect灡Thea)。在茶组植物12个种中,仅有茶
(C灡sinensis)这一种在世界范围内被广泛栽培
(闵天禄,2000);但在亚洲的部分地区,尤其是
我国的云南,大理茶 (C灡taliensis)和厚轴茶
(C灡crassicolumna)等茶组植物也被当地居民
长期引种栽培 (陈进和裴盛基,2003)。
民族植物学及语言学证据表明,云南及其邻
近地区的原住民有着悠久的种植和利用茶叶的历
史 (陈进和裴盛基,2003)。至今,在云南的临
沧、普洱和西双版纳等地区,还保存有大量明、
清时代建立的古茶园,其中种植的茶树主要为大
叶 茶 (C灡sinensis var灡assamica)。 作 为 茶
(C灡sinensis)的 重 要 野 生 近 缘 种,大 理 茶
(C灡taliensis)与大叶茶在形态特征上十分相
似,主要区别在于顶芽、幼枝和叶片均无毛,花
柱5裂,无毛,子房5室,被绒毛。野生大理茶
居群主要分布在我国云南西部、西南部和毗邻的
缅甸北部、泰国北部 (闵天禄,2000)。此外,
在澜沧江流域地区也零星分布有少量的栽培大理
茶古茶园。这些珍贵的古茶园不仅为栽培茶树的
起源驯化研究提供了丰富的素材,也是未来进行
茶树遗传改良不可多得的宝贵基因来源。
近几十年来,由于大面积毁林开荒、工程建
设破坏以及单一化现代茶园替代,加之对古茶树
进行砍伐和过度采摘的事件屡屡发生,导致古茶
园面积急剧减少。云南古茶园种质资源面临着严
重的破坏和威胁,因此加强对古茶园的保护刻不
容缓。本研究利用叶绿体 DNA RPL32灢TRNL
片段的序列变异对栽培大叶茶和大理茶居群进行
了研究,旨在评价栽培大理茶和大叶茶居群的遗
传多样性和居群遗传结构,阐明栽培大理茶与大
叶茶之间的进化关系,为栽培古茶园种质资源的
保护策略的制定提供科学依据。
1暋材料和方法
1灡1暋实验材料
本实验选取了在云南具有地理代表性的栽培大理茶
3个居群和栽培大叶茶9个居群进行研究 (具体地理位
置见表1)。每个研究居群取7~9个树体高大的个体,
取样个体间至少间隔10m,采集幼嫩叶片,硅胶迅速干
燥,放置于自封袋中保存。茶组植物的种间存在着较高
的杂交亲和性 (Takeda,1990),野外考察发现有些植株
形态上介于大理茶和大叶茶之间,这些个体可能为两者
之间的杂交后代。为了更好地比较和追溯栽培的大理茶
和大叶茶之间的居群进化历史,本研究所选择的居群在
形态上都能非常明显地区分两个分类单元,不存在形态
上的过渡性材料。凭证标本保存于中国科学院昆明植物
所标本馆 (KUN)。
1灡2暋DNA提取和PCR扩增
硅胶干燥的叶片采用改良的CTAB法 (唐玉海等,
2007)提 取 总 DNA。PCR 引 物 序 列 依 据 Shaw 等
(2007)所述,分别为TRNL (5曚灢CTGCTTCCT AAG
AGCAGCGT灢3曚)和RPL32 (5曚灢CAGTTCCAAAAA
AACGTACTTC灢3曚)。扩增反应在50毺l反应体系中进
行 (浓度均为终浓度):1暳PCRbuffer,两端引物各0灡1
毺mol·L灢1,dNTPs0灡1mmol·L灢1,Taq聚合酶0灡5U
以及约50ng模板DNA。扩增反应程序为:97曟 预变性
4min;94曟变性1min,52曟退火1min,72曟延伸1
min,共32个循环;最后72曟延伸10min。PCR扩增产
物经1灡0%琼脂糖凝胶电泳分离,割取目的条带,用
UNIQ灢10柱式DNA胶回收试剂盒 (上海生工)进行纯
化,纯化产物送至深圳华大基因研究院测序。测序引物
为扩增引物,利用正反向引物分别对两条链进行测序。
1灡3暋数据分析
利用软件BIOEDIT (Hal,1999)对序列进行比对,
并加以手工调整。参照CaicedoandSchaal(2004)的方
法,将长度大于1个碱基的插入/缺失处理为单碱基的
插入/缺失。所 有 的 插 入/缺失位点被视为第五碱基,
824暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
表1暋研究居群的地理来源
Table1暋Geographicaloriginsofthestudypopulations
居群
Population
暋暋暋暋暋暋暋地理位置Location
纬度 (N)
Latitude
经度 (E)
Longitude
暋暋暋暋分类单元Taxon
JM 云南,澜沧,景迈Jingmai,Lancang,Yunnan 22曘33曚 99曘59曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
YX 云南,云县,爱华镇Aihua,Yunxian,Yunnan 24曘26曚 100曘02曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
ZY 云南,镇沅,山街Shanjie,Zhenyuan,Yunnan 23曘59曚 100曘37曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
CN 云南,昌宁,漭水镇 Mangshui,Changning,Yunnan 24曘56曚 99曘39曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
SM 云南,普洱,倚象镇Yixiang,Puer,Yunnan 24曘35曚 101曘10曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
CY 云南,沧源,单甲Shanjia,Cangyuan,Yunnan 23曘10曚 99曘28曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
NNS 云南,勐海,南糯山Nannuoshan,Menghai,Yunnan 21曘59曚 100曘04曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
JC 云南,江城,牛倮河Niuluohe,Jiangcheng,Yunnan 22曘26曚 101曘52曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
YW 云南,勐腊,易武Yiwu,Mengla,Yunnan 21曘29曚 101曘33曚 大叶茶C灡sinensisvar灡assamica
TCNT 云南,昌宁,田园镇Tianyuan,Changning,Yunnan 24曘50曚 99曘35曚 大理茶C灡taliensis
TDL 云南,大理,下关镇Xiaguan,Dali,Yunnan 25曘36曚 100曘11曚 大理茶C灡taliensis
TDH 云南,潞西,江东镇Jiangdong,Luxi,Yunnan 24曘29曚 98曘21曚 大理茶C灡taliensis
并进行了重 新 编 码。运 用 DNASP4灡10 (Rozas等,
2003)软件统计了叶绿体DNA RPL32灢TRNL片段的单
倍型,并分别在分类单元水平和居群水平对核苷酸多态
性 (毿)(NeiandLi,1979),单倍型多态性 (h)和分
离位点数目 (S)进行了检测。利用DNASP4灡10软件
对居群间遗传分化系数 (Gst)和居群间的平均基因流
(Nm)(Nei,1973)进行了估算。利用 TCS1灡2软件
(Clement等,2000)构建了cpDNA RPL32灢TRNL片段
的单倍型网络图。这种方法应用溯祖理论 (coalescent
theory)来推测单倍型的亲缘关系,基于统计简约性产
生单倍型网状关系并保存了单倍型之间95%的最简约
节点。
应用ARLEQUIN3灡0(Excoffier等,2005)对分类
单元和居群进行遗传结构的分子方差分析 (AMOVA,
analysisofmolecularvariance)(Excoffier等,1992)。运
用 ARLEQUIN3灡0 软件包中的 Mantel统计学检验
(Mantel,1967),分别对栽培大叶茶和大理茶的居群间
遗传分化系数Fst与地理距离之间的相关性进行了检
验。
2暋结果
2灡1暋序列变异分析
对12个居群94个个体的cpDNA RPL32灢
TRNL非编码区片段进行了测序,比对后序列
长度为930bp,共检测到7种不同的单倍型。通
过对单倍型序列间进行比对,共发现了14个变
异位点 (表2),包括10处碱基替换 (substitu灢
tions)和4处插入/缺失 (indels)。其中10处替
换分别为:在166bp (T炣C)、285bp (A炣
G)、356bp (A炣G)、549bp (A炣G)、689bp
(T炣C)和727bp (A炣G)处各有一个碱基转
换 (transition)、在145bp (T炣G)、476bp
(C炣G)、579bp (C炣G)和703bp (A炣C)
处各有一个碱基颠换 (transversion);4处插入/
缺失分别为:65bp和138bp处的单碱基的插入
/缺失、247~277bp (31bp)之间和288~289bp
(2bp)之间的多碱基的插入/缺失。
表2暋叶绿体DNARPL32灢TRNL片段7种单倍型间的序列变异位点
Table2暋VariablesiteswithinthealignedsequencesofthecpDNARPL32灢TRNL
intergenicfragmentsinthesevenhaplotypes
单倍型
Haplotype
变异位点Variablesites
65 138 145 166 247 285 288 356 476 549 579 689 703 727
H1 - - T T - G - G C A C C A G
H2 T - G T - G - G C A C C C G
H3 - - T T - G - G C G C C A A
H4 - A T C # A - A G A C C A G
H5 - - G T - G - G C A C C A G
H6 - - T C # A * A G A G C A G
H7 - - T T - G - G C A C T A G
# TTACTAAATTCTAAAAAAAATACTTTTCTTT;* AA
9245期暋 暋暋刘阳等:云南古茶园栽培大叶茶和大理茶群体的叶绿体RPL32灢TRNL核苷酸变异和遗传分化暋暋 暋暋
2灡2暋遗传多样性分析
利用 TCS1灡2软件构建了cpDNA RPL32灢
TRNL的单倍型网络图 (图1)。位于分支内部
的古老单倍型H1分布在大叶茶5个居群和大理
茶2个居群中,为分布范围最广、出现频率最高
(36灡2%)的单倍型。位于分支末端的单倍型
H4在大叶茶6个居群中都有分布,是大叶茶中
分布范围最广、出现频率最高的单倍型。单倍型
H1和H6为大理茶和大叶茶两个分类单元所共
有,单倍型 H2、H3、H4和 H5四种单倍型只
出现在大叶茶居群中,而单倍型 H7仅分布在大
理茶居群中。单倍型 H5和 H7与单倍型 H1间
都仅存在一个碱基的差异,其中单倍型 H5仅含
有来自居群YX中2条序列;单倍型H7中的9条
图1暋叶绿体RPL32灢TRNL基因片段的单倍型网络图
Fig灡1暋HaplotypenetworkofthecpDNARPL32灢TRNL
intergenicfragments
序列则全部来自于大理茶居群TDH (表3)。
遗传多样性的分析结果表明 (表3),栽培
大叶茶的单倍型多态性水平 (h=0灡728)和核
苷酸多态性水平 (毿=0灡00469)均高于栽培大
理茶 (h=0灡610,毿=0灡00225)。栽培大叶茶
居群间的遗传多样性水平也存在较大差异,单倍
型多态性水平 (h)变化范围为0~0灡809,而核
苷酸多态性水平 (毿)变化范围为0~0灡00487。
其中,居群JM 的单倍型多态性水平 (h =
0灡809)和核苷酸多态性水平 (毿=0灡00487)最
高,而居群NNS、JC和YW中都只含有一种单
倍型,单倍型多态性水平和核苷酸多态性水平均
为零。而在栽培大理茶中,除居群 TDL (h =
0灡500,毿=0灡00389)外,其余两个居群 (TC灢
NT和TDH)的单倍型多态性水平和核苷酸多
态性水平均为零。
2灡3暋居群遗传结构分析
居群遗传结构分析结果表明,栽培大叶茶和
栽培大理茶的居群间均存在着较高水平的遗传分
化,栽培大理茶的居群遗传分化系数 (Gst=
0灡696)高于栽培大叶茶 (Gst=0灡580)。栽培大
叶茶和栽培大理茶的Nm值分别为0灡18和0灡11,
表明它们居群间的基因流受阻。
AMOVA分析结果表明 (表4),遗传变异主
要存在于分类单元内居群间,高达60灡12%;分类
表3暋单倍型分布和遗传多样性指数
Table3暋Haplotypedistributionandmeasuresofgeneticdiversity
居群Populations
单倍型在不同居群中的分布Distributionofhaplotypesindifferentpopulations
n H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 S H h 毿
JM 7 1 3 2 1 11 4 0灡809 0灡00487
YX 7 5 2 7 2 0灡476 0灡00371
ZY 8 4 4 6 2 0灡571 0灡00381
CN 8 7 1 3 2 0灡250 0灡00083
SM 7 6 1 6 2 0灡286 0灡00191
CY 7 2 5 2 2 0灡476 0灡00106
NNS 9 9 0 1 0灡000 0灡00000
JC 8 8 0 1 0灡000 0灡00000
YW 8 8 0 1 0灡000 0灡00000
C灡sinensisvar灡assamica 69 21 11 7 27 2 1 13 6 0灡728 0灡00469
TCNT 7 7 0 1 0灡000 0灡00000
TDL 9 6 3 7 2 0灡500 0灡00389
TDH 9 9 0 1 0灡000 0灡00000
C灡taliensis 25 13 3 9 8 3 0灡610 0灡00225
n:序列条数,S:分离位点数目,H :单倍型数,h:单倍型多态性,毿:核苷酸多态性
n灢numberofsequences;S灢numberofsegregatingsites;H灢numberofhaplotypes;h灢haplotypediversity;毿灢nucleotidediversity
034暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
表4暋大叶茶和大理茶居群的AMOVA分析
Table4暋AMOVAanalysisofC灡sinensisvar灡assamicaandC灡taliensispopulations
变异来源
Sourceofvariation
自由度
DF
平方和
Sumof
squares
变异组分
Variance
components
变异百分比
Percentageof
variation(%)
固定指数
Fixation
Index*
P 值
Pvalue
分类单元间 Amongtaxa 1 3灡458 0灡03364 7灡99 FCT=0灡080 0灡19062
分类单元内居群间
Amongpopulationswithintaxa
10 21灡056 0灡25325 60灡12 FSC=0灡653 <0灡0001
居群内 Withinpopulations 82 11灡018 0灡13436 31灡90 FST=0灡681 <0灡0001
总计Total 93 35灡532 0灡42126
大叶茶居群 C灡sinensisvar灡assamicapopulationsgroup
居群间 Amongpopulations 8 15灡736 0灡23718 61灡21 FST=0灡612 <0灡0001
居群内 Withinpopulations 60 9灡018 0灡15030 38灡79
总计Total 68 24灡754 0灡38748
大理茶居群 C灡taliensispopulationsgroup
居群间 Amongpopulations 2 5灡320 0灡31028 77灡34 FST=0灡773 <0灡0001
居群内 Withinpopulations 22 2灡000 0灡09091 22灡66
总计Total 24 7灡320 0灡40119
* 在两个分类单元的联合分析中,FCT指分类单元间遗传变异的固定指数,FSC指分类单元内居群间遗传变异的固定指数,FST指分类
单元间居群间遗传变异的固定指数
*InthecombiningAMOVAanalysisofC灡sinensisvar灡assamicaandC灡taliensispopulations,FCTindicatesthefixationindexofgenet灢
icvariationbetweentaxa,FSCshowsthefixationindexofgeneticvariationamongpopulationswithintaxa,andFST meansthefixation
indexofgeneticvariationamongpopulationsamongtaxa
单元间遗传变异仅为7灡99%,居群内的遗传变
异为31灡90%。分类单元间居群间遗传变异固定
指数FST和分类单元内居群间遗传变异固定指数
FSC分别为0灡681和0灡653,均达到极显著水平
(P<0灡001),表明分类单元间居群间和分类单
元内居群间遗传分化水平较高。分类单元间遗传
变异固定指数FCT=0灡080(P >0灡05),表明栽
培大理茶和栽培大叶茶之间不存在明显的遗传分
化。栽 培 大 理 茶 居 群 内 的 遗 传 变 异 水 平
(22灡66%)低于栽培大叶茶 (38灡79%),栽培大
理茶居群间遗传变异固定指数 (FST=0灡773,P
<0灡001)高于栽培大叶茶 (FST =0灡612,P <
0灡001),表明栽培大理茶和栽培大叶茶居群间均
存在着显著的遗传分化。Mantel检验结果表明
栽培大叶茶 (r=0灡225,P>0灡05)和栽培大理
茶 (r=0灡416,P >0灡05)的居群间遗传分化
系数Fst与地理距离之间均不存在着显著的相关
性。
3暋讨论
3灡1暋遗传多样性和居群遗传结构分析
叶绿体基因组常被看作是一个独立的遗传单
位,不经受遗传重组,有利于进行遗传分析
(Schaal等,1998)。尤其是叶绿体基因组上的一
些非编码区域具有较快的进化速率,能区分出种
内多种单倍型,适合于植物近缘种间和种内的亲
缘关系和遗传多样性研究,如Katoh等 (2003)
通过对来自8个国家的118份茶树种质资源的叶
绿体DNAmatK非编码区域序列的比较,得到
了10种不同的叶绿体单倍型。Shaw等 (2007)
对不同植物叶绿体基因组上的34个非编码区域
的序列进行了比较,发现RPL32灢TRNL区域的
变异最为丰富,非常适于较低分类单元的亲缘关
系研究 (Falchi等,2009;Sosa等,2009)。Petit
等 (2005)收集了不同植物居群的遗传多样性资
料,得到了植物平均cpDNA遗传多样性 (Ht=
0灡67)。本研究对来自 94 个个体的 RPL32灢
TRNL序列进行了分析,发现栽培大叶茶的单
倍型多态性水平 (h =0灡728)高于植物平均
cpDNA的遗传多样性水平,而栽培大理茶的单
倍型多态性水平 (h=0灡610)低于平均cpDNA
的遗传多样性水平 (Petit等,2005)。
前人利用不同的分子标记手段,对不同地区
的茶树种质资源的居群遗传结构进行了研究,大
多数的分析结果显示茶树种质资源居群间的遗传
1345期暋 暋暋刘阳等:云南古茶园栽培大叶茶和大理茶群体的叶绿体RPL32灢TRNL核苷酸变异和遗传分化暋暋 暋暋
分化程度较低。如 Kaundun和Park(2002)利
用RAPD标记对韩国西南地区茶树 (C灡sinensis
var灡sinensis)6个居群进行分析,得到的居群
间遗传分化系数Gst为0灡183;季鹏章等 (2007)
运用ISSR 对云南地区的大叶茶 (Camelia
sinensisvar灡assamica)10个居群进行了研究,
结果显示大叶茶居群间遗传分化系数Gst为
0灡391;Ohsako等 (2008)利用SSR标记对日
本京都地区茶树 (C灡sinensisvar灡sinensis)地
方品种8个居群进行研究,结果同样表明居群间
的遗传分化程度较低,Gst仅为0灡062。与前人
研究结果相比,本研究发现栽培大叶茶和栽培大
理茶居群间均表现出较高的遗传分化水平,居群
间遗传分化系数Gst分别达到0灡580和0灡696,
也远远高于山茶科中其它物种的居群间遗传分化
水平。罗晓莹等 (2005)利用RAPD对山茶科3
种濒危植物猪血木 (Euryodendronexcelsum )、圆
籽荷 (Apterospermaoblate)和杜鹃红山茶
(Cameliachangi )的居群遗传结构进行了研
究,发 现 居 群 间 遗 传 分 化 指 数 Gst 分 别 为
0灡3566、0灡1713和0灡1242。与上述主要利用核
基因组上的遗传标记对居群遗传结构进行研究相
比,本研究则是基于叶绿体基因组的核苷酸变异
对栽培大叶茶和栽培大理茶的居群遗传结构进行
分析。由于叶绿体基因组的有效群体大小 (efec灢
tivepopulationsize)远小于核基因组,遗传漂变
对叶绿体基因组居群遗传结构的作用更为强烈。
因此,基于叶绿体基因组核苷酸变异的检测往往
表现出更高的居群分化水平 (Schaal等,1998)。
叶绿体基因组在绝大多数被子植物中为母系
遗传,其叶绿体基因组只能通过种子进行传播,
能真实地反映由于种子扩散而引起的遗传结构差
异 (陈生云等,2008)。本研究中的AMOVA分
析结果显示,栽培大叶茶 (61灡21%)和栽培大
理茶 (77灡34%)的遗传变异都主要存在于居群
间,居群间遗传变异指数FST分别为0灡612(P
<0灡001)和0灡773 (P <0灡001),显示出居群
间存在较高程度的遗传分化。同时,我们也发现
栽培大理茶和栽培大叶茶居群间的平均基因流分
别仅为0灡18和0灡11,而造成这种居群间基因流
受阻的主要原因可能是由于种子传播的距离相对
有限,导致居群间的种子流水平较低,进一步加
剧了居群间的遗传分化。
与野生植物相比,栽培植物的遗传结构更容
易受到人类活动的影响。对古茶园而言,其遗传
结构的组成在很大程度上取决于古茶园建立初期
的种子来源,而人类对种子的选取很可能带有很
大的随意性。近几十年来,人类活动的影响使得
古茶园居群面积急剧减少,导致遗传漂变作用增
强,进一步加快了居群遗传结构的改变和遗传多
样性的随机丢失。Mantel(1967)的检验结果表
明栽培大叶茶和大理茶的居群间遗传分化系数
Fst与空间距离之间均没有显著的相关性,这极
有可能就反映了人类活动对古茶园居群遗传结构
的影响。
3灡2暋栽培大理茶与栽培大叶茶之间的进化关系
AMOVA分析结果表明大理茶和大叶茶两
个分类单元间的遗传变异仅为7灡99%,分类单
元间遗传变异固定指数FCT=0灡080(P>0灡05),
表明栽培大理茶和大叶茶之间不存在明显的遗传
分化。单倍型网络图 (图1)中可以看出栽培大
理茶和大叶茶共享的单倍型既有位于网络内部的
古老单倍型 (H1),也有位于网络末端的进化上
年轻的单倍型 (H6)。造成这种共享单倍型的在
网络图上分布式样的主要原因可能有:(1)在物
种分化时存在不完全的谱系分选,使得古老单倍
型在大理茶和大叶茶中都得到保留;(2)栽培大
理茶和大叶茶之间可能存在比较频繁的杂交和基
因流,进而实现了单倍型在大理茶和大叶茶之间
的交流。通过对cpDNA 的单倍型谱系关系分
析,同样表明栽培大理茶和大叶茶之间在母系遗
传谱系上不存在明显的遗传分化。
茶组植物间十分容易杂交,而古茶园周围往
往存在小叶茶 (C灡sinensisvar灡sinensis)等茶
组植物,因此栽培大理茶和大叶茶居群极可能与
周围的茶组植物之间存在着广泛的基因渗入。基
因渗入不仅会造成居群间的单倍型组成差异,而
且使得栽培大理茶和大叶茶之间的进化关系更为
错综复杂。因此,需要今后对茶组植物进行更为
全面的取样和深入的分析,以期对栽培大理茶和
大叶茶之间的进化关系有一个更为清晰的认识。
3灡3暋古茶园的保护建议
物种的遗传变异水平和群体遗传结构是在物
种的内部因素 (如繁育系统)和外部因素 (如选
234暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
择作用)两方面共同作用下形成的,与物种的适
应性和进化潜力密切相关 (Schaal等,1998)。
对物种遗传多样性及其居群遗传结构的研究是制
定并实施有效保护策略的理论依据。本研究中居
群遗传结构分析表明,栽培大理茶和栽培大叶茶
的cpDNA RPL32灢TRNL 片段的遗传变异都主
要存在于居群间,并且栽培大理茶和栽培大叶茶
居群间都表现出较高的遗传分化。同时,考虑到
茶组植物自交不亲和的繁育特性,往往会导致居
群内核基因组遗传组成的高度杂合,进而使得核
基因组遗传变异主要存在于居群内 (Kaundun
andPark,2002;Ohsako等,2008;季鹏章等,
2007)。
因此,结合古茶园叶绿体和核基因的遗传变
异特点,我们建议古茶园的保护应以原位保护为
主,对于遗传多样性水平较高的居群如JM、
ZY、CY和TDL等居群应予以优先保护;在迁
地保护采样过程中,应尽量增加对古茶园居群内
个体的取样数目,保证在每个居群内取足够多的
个体;由于居群间存在显著的遗传分化,对个别
居群的保护很难涵盖整个物种的遗传多样性,因
此应对尽可能多的居群实施保护,最大限度地保
护古茶园的遗传多样性;考虑到栽培大理茶居群
中含有独特的单倍型,并且大理茶中往往具备许
多优异性状 (如抗寒性强、抗病性强)(唐一春
等,2009),可以为茶树的品种选育和遗传改良
提供宝贵的遗传材料,因此更应加强对栽培大理
茶居群的保护。
致谢:云南省农业科学院茶叶研究所季鹏章博士为本研
究提供了部分实验材料,徐平珍、樊亚宇、朱婷和吴永
胜在实验中给予了帮助。
暡参暋考暋文暋献暢
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生命科学 4灢628 月刊 480 www灡lifescience灡net灡cn cbls@sibs灡ac灡cn
生命科学研究 42灢172 双月刊 108 http://smky灡chinajournal灡net灡cn life@hunnu灡edu灡cn
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生物化学与生物物理进展 2灢816 月刊 720 www灡pibb灡ac灡cn prog@sun5灡ibp灡ac灡cn
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云南植物研究 64灢11 双月刊 150 http://journal灡kib灡ac灡cn bianji@mail灡kib灡ac灡cn
植物遗传资源学报 82灢643 双月刊 120 www灡zwyczy灡cn zwyczyxb2003@163灡com
植物学报 2灢967 双月刊 480 www灡chinbulbotany灡com cbb@ibcas灡ac灡cn
中国实验动物学报 2灢748 双月刊 120 www灡calas灡org灡cn A67761337@126灡com
中国生态农业学报 82灢973 双月刊 210 www灡ecoagri灡ac灡cn editor@sjziam灡ac灡cn
中国生物工程杂志 82灢673 月刊 960 www灡biotech灡ac灡cn biotech@mail灡las灡ac灡cn
中国水产科学 18灢250 双月刊 180 www灡fishscichina灡com zgsckx@cafs灡ac灡cn
中国水稻科学 32灢94 双月刊 120 www灡ricesci灡cn cjrs@263灡net
作物学报 82灢336 月刊 600 www灡chinacrops灡org/zwxb xbzw@chinajournal灡net灡cn
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