2025年4月2日，Industrial Crops & Products在線發(fā)表了由四川省林草局、四川大學生命科學學院王婧教授課題組聯(lián)合中南林業(yè)科技大學等多家單位合作完成的研究論文，題為” Phylogenomic analysis and SNP fingerprinting construction of Camellia oleifera Abel. germplasm resources using SLAF-seq technology”。該研究利用SLAF-seq技術，對四川省主栽的來自我國南方25個主要油茶品種開展了系統(tǒng)發(fā)育和群體基因組學研究，并篩選關鍵SNP標記構建了DNA指紋圖譜。該指紋圖譜的構建有望為我國南方尤其是四川地區(qū)油茶種質資源保護、開發(fā)利用及品種選育提供關鍵科學依據(jù)。
百邁客生物為該研究提供了SLAF-seq測序分析服務。
研究背景
油茶（Camellia oleifera Abel.）是我國重要的木本油料作物之一，以其高含油量與豐富的不飽和脂肪酸而享有“東方橄欖油”的美譽。我國已有超過2000年的油茶栽培歷史，并具有約4500萬畝的種植面積。油茶不僅具有經(jīng)濟價值，更具重要生態(tài)功能。其廣泛分布于我國南方多個氣候生態(tài)帶，是研究森林生態(tài)適應性與基因資源保護的重要對象。然而，當前油茶品種識別主要依賴形態(tài)學方法，容易造成品種混淆、資源管理混亂和知識產(chǎn)權糾紛等一系列問題，難以滿足現(xiàn)代林業(yè)種質資源保護與良種選育的需求。為推動油茶良種選育，產(chǎn)業(yè)升級和響應國家森林四庫相關文件的精神，需加快構建高效、廉價且準確的DNA指紋圖譜。
研究結果
1.用于SLAF測序的最優(yōu)限制性內(nèi)切酶組合
首先，研究共采集25個油茶栽培品種，共100個樣本,利用高通量SLAF-seq建庫策略進行數(shù)據(jù)獲取。在建庫酶切方案篩選方面，團隊預先開展酶切模擬試驗比較篩選最優(yōu)組合，F(xiàn)igure 1 顯示，RsaI + HaeIII組合在標簽分布均勻性、多態(tài)性與文庫復雜度上表現(xiàn)最佳。共獲得362,152個高質量SLAF 標簽，其中254,357個為多態(tài)性標簽，平均GC含量41.30%，平均Q30高達93.44%，顯示測序數(shù)據(jù)具備極高的可靠性。RsaI + HaeIII雙酶切組合可實現(xiàn)高效的特異性位點擴增與標簽標準化，為后續(xù)大規(guī)模SNP檢測奠定了數(shù)據(jù)基礎。
2.基因組變異特征分析
經(jīng)測序，每個樣本平均測序深度為13.95×，共鑒定出470,397個多態(tài)性SLAF標簽，并初步檢測到36,317,329個SNP位點，經(jīng)過質控過濾后，最終保留了5,685,673個高質量SNP供后續(xù)分析。這些SNP廣泛分布于油茶基因組的各個染色體區(qū)域，具有較強的代表性和應用潛力，為油茶的遺傳多樣性研究和分子育種提供了寶貴的遺傳資源。 Figure 2展示了SNP位點在各染色體上的分布密度、覆蓋深度和變異質量參數(shù)，為后續(xù)的遺傳結構分析及品種識別提供了堅實的基礎數(shù)據(jù)支持。
3.各油茶品種的系統(tǒng)發(fā)育關系
為了系統(tǒng)闡明25個油茶品種之間的親緣關系與遺傳結構，研究結合了鄰接法（NJ樹）、主成分分析（PCA）與群體結構分析（ADMIXTURE）三種方法，進行了系統(tǒng)發(fā)育與群體結構分析（Figure 3）。NJ樹的結果顯示，大多數(shù)樣本能夠根據(jù)其品種進行合理聚類，呈現(xiàn)出明顯的系統(tǒng)發(fā)育規(guī)律。然而，部分品種則呈現(xiàn)出混合的聚類模式，具體包括華碩HS與華鑫HX、湘林XL-3與湘林XL-210、以及湘林XL-1與長林CL-4。而達林DL-22品種的個體聚類較為分散且無序，表現(xiàn)出較為復雜的遺傳結構。在PCA分析中，前兩個主成分（PC1和PC2）解釋了大部分遺傳變異（PC1和PC2分別占11.20%和8.89%），并顯示出明顯的群體結構分布，這與NJ樹的聚類結果高度一致。進一步的群體結構分析表明，當K值為3時，分析結果最佳，將品種劃分為三大類群：第一類群包括達林DL-1、長林CL-4和湘林XL-1；第二類群包括川榮CR-153、湘林XL-3和湘林XL-210；第三類群則包括其余所有品種。需要注意的是，DL-22品種的個體表現(xiàn)出較高的遺傳混雜性，這可能與其基因漸滲、引種或雜交歷史相關。這些分析結果為進一步理解油茶品種的遺傳多樣性、進化關系以及品種改良提供了重要的遺傳信息。
4.遺傳多樣性揭示品種差異
為了全面評估油茶種質資源的遺傳多樣性，研究統(tǒng)計了包括雜合度（Heterozygosity）、核苷酸多樣性指數(shù)（π）、單態(tài)位點數(shù)量（Singleton）以及Watterson’s θ值等關鍵遺傳參數(shù)（Figure 4）。結果表明，川榮（CR）系列品種（如CR-153、CR-55）在各項遺傳變異指標上均表現(xiàn)出較高水平，尤其是核苷酸多樣性指數(shù)（π）顯著高于其他品種。具體而言，singleton在長林（CL）系列品種（如CL-3、CL-4、CL-40）、翠屏（CP）系列（如CP-16）和江安（JA）系列品種（如JA-54）中較少，而在川榮CR-153和CR-55中則為最多（Figure 4B）。核苷酸多樣性（π）值的差異也較為顯著，川榮品種CR-50、CR-156、CR-55和CR-153的π值明顯高于其他品種，表明川榮系列品種具有較高的遺傳多樣性，可能為油茶品種改良和分子育種提供重要的遺傳資源（Figure 4C）。類似地，Wattersonθ分析進一步揭示了品種間分離位點的變化，川榮CR-153、湘林XL-3和CR-55表現(xiàn)出較高的θ值，與singleton的趨勢一致（Figure 4D）。近交系數(shù)（F）分析結果與遺傳多樣性模式一致，顯示川榮CR-156、CR-55和CR-447的F值最低，表明其遺傳多樣性較高，而長林CL系列品種（如CL-3、CL-40、CL-4）的F值較高，反映其遺傳多樣性較低。總體而言，遺傳多樣性分析結果表明，長林（CL）系列品種由于長期的人工選育和馴化，遺傳背景較為單一，表現(xiàn)出較低的遺傳多樣性；而川榮系列品種則保持較高的遺傳多樣性。該研究結果為篩選核心種質資源和制定育種策略提供了有力的遺傳依據(jù)。
5.遺傳分化分析明確親緣結構
通過計算品種兩兩之間的Fst值與構建遺傳距離矩陣，研究進一步明確了油茶品種間的遺傳分化程度和親緣關系（Figure 5）。Fst值的分析結果顯示，長林CL-4、達林DL-1與湘林XL-1三者之間的Fst值極低（0.0106–0.0110），這表明這些品種可能源自相同或相似的遺傳背景。類似地，川榮CR-153與湘林XL-3、湘林XL-210之間的Fst值也表現(xiàn)出較高的遺傳相似性（0.0036–0.0442），提示這些品種可能具有共同的祖源關系。相比之下，達林DL-22與川榮CR-50（0.0816）、川榮CR-55（0.0870）和達林DL-1（0.0759）之間的Fst值較高，顯示出較為顯著的遺傳分化，反映其與這些品種的親緣關系較為緊密，但仍保持一定的遺傳獨特性。其它品種的Fst值范圍從0.1013到0.2908，表明這些品種的遺傳起源更加多樣，可能涉及不同的地理區(qū)域或品種間的較大差異（Figure 5A）。研究人員進一步使用GCTA軟件計算的G矩陣分析，結果顯示大多數(shù)油茶品種之間的親緣關系較為明顯，遺傳分化較大（Figure 5B）。然而，一些品種群體的親緣關系值相似，例如XL-1、CL-4與DL-1；CR-153、XL-3與XL-210；華碩HS與華鑫HX，表明這些品種可能源自相同或相近的祖先背景。與此不同，達林DL-22品種在其群體內(nèi)部未顯示出顯著的親緣關系，反映出其群體內(nèi)存在較高的遺傳分化。總體而言，這些分析為理解油茶品種的遺傳背景和親緣結構提供了重要依據(jù)，揭示了不同品種之間的親緣關系及其遺傳多樣性。
6.構建核心SNP指紋圖譜實現(xiàn)品種識別
為建立油茶品種的快速鑒定體系，研究人員進一步構建了25個主栽油茶品種的DNA指紋圖譜（Figure 6）。在初步獲得的234個候選SNP中，有196個位點被注釋為功能明確的編碼區(qū)域突變，富集于DNA連接、RNA加工、果糖代謝等重要通路（Figure 6A）。為提升區(qū)分效率，進一步篩除掉存在多變異干擾或功能不明的位點，最終篩選得到15個核心SNP位點，可有效區(qū)分全部25個油茶品種，實現(xiàn)穩(wěn)定的遺傳身份標識。為確保指紋圖譜的準確性與應用價值，研究通過Sanger測序對15個候選SNP位點進行了引物驗證，最終篩選出8個多態(tài)性強、峰型清晰的核心SNP位點用于構建指紋圖譜（Figure 6B）。這些位點主要分布于功能基因區(qū)，涉及次生代謝、胚胎發(fā)育、自噬調控等關鍵生物過程，如編碼α-萜品醇合酶的LG12_G02320和控制胚胎發(fā)育與芽形成的FLA8蛋白基因LG03_G02445等，展現(xiàn)出良好的應用潛力。為進一步提升指紋信息的實用性，研究人員還開發(fā)了包含8個位點基因型信息的二維碼系統(tǒng)，其中涵蓋了油脂品質、農(nóng)藝性狀及適宜種植區(qū)域等數(shù)據(jù)，為油茶品種的數(shù)字化管理與選育決策提供便捷、高效的技術支持（Figure 6C）。二維碼系統(tǒng)為油茶品種的數(shù)字化管理與選育決策提供了便捷、高效的技術支持。通過將分子標記信息與油茶生產(chǎn)應用相結合，研究成果不僅實現(xiàn)了分類識別功能，還為分子育種提供了重要參考價值。
總結
綜上，該DNA指紋圖譜的構建為油茶種質資源的快速鑒定、精準管理及產(chǎn)業(yè)化育種提供了高效工具和理論依據(jù)。其開發(fā)的二維碼系統(tǒng)進一步推動了油茶品種管理的智能化和數(shù)據(jù)化，為我國油茶資源保護、優(yōu)質品種選育及區(qū)域性產(chǎn)業(yè)布局提供了科學支持。
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