中国特有茶树种质资源大厂茶(Camellia tachangensis)线粒体基因组组装与进化分析揭示其多分支结构及系统发育意义

本研究针对中国特有茶树种质资源大厂茶(Camellia tachangensis)线粒体基因组资源匮乏的问题，通过高通量测序技术首次完成其线粒体基因组组装，揭示其由多分支结构(Chr1)和环状结构(Chr2)组成的746,931 bp基因组特征，鉴定23组叶绿体同源片段及10个完整tRNA基因。研究发现其蛋白编码基因(PCGs)受纯化选择主导(Ka/Ks<1)，系统发育分析表明大厂茶与马关茶(C. makuanica)等形成强支持分支(PP=1.00)，为茶树种质资源保护与分子育种提供重要基因组框架。

　　

在茶树种质资源研究中，大厂茶(Camellia tachangensis)作为中国云南、贵州和广西交界地带特有的原始茶树种，因其独特的五室子房形态和"普安红茶"原料价值备受关注。然而，由于栖息地破坏和繁殖能力低下，其种群数量急剧减少。更关键的是，该物种线粒体基因组资源的缺失严重阻碍了其分子育种和系统进化研究。植物线粒体作为能量代谢的核心细胞器，其基因组结构复杂多变，常呈现多分支构象，且与叶绿体基因组存在频繁的序列转移现象。这些特性使得线粒体基因组成为研究物种进化历史和遗传多样性的重要分子标记。

为解决这一科学问题，贵州大学林业学院的研究团队采用Illumina Novaseq 6000和Oxford Nanopore R10.4平台联合测序，首次完成大厂茶线粒体基因组的组装与注释，相关成果发表于《BMC Genomics》。研究通过Canu v2.2和Unicycler v0.4.8软件进行序列校正与组装，利用MAFFT v7.427进行多序列比对，采用PREPACT3预测RNA编辑位点，并基于RAxML v8.2.10和MrBayes v3.2.7构建系统发育树。

基因组结构特征
研究揭示大厂茶线粒体基因组由525,875 bp的多分支染色体(Chr1)和221,056 bp的环状染色体(Chr2)组成，GC含量45.86%。Chr1通过3对分散重复序列(R7/R8/R10)可形成7种亚结构，其中R10介导的倒位重组导致相邻片段发生180°方向逆转。这种动态结构变异为理解植物线粒体基因组复杂性提供了新案例。

功能元件与序列特征
注释获得24个核心蛋白编码基因(如atp₁/cox₁/nad₄)、16个可变基因和30个tRNA基因。值得注意的是，trnM-CAU基因存在6个拷贝，可能与翻译起始调控相关。密码子使用偏好性分析显示93.103%的高频密码子(RSCU>1)以A/U结尾，反映进化保守性。

叶绿体同源片段(MTPTs)转移
共鉴定23组叶绿体来源序列(总长16,396 bp)，其中7组包含完整tRNA基因(如trnA-UGC、trnW-CCA)。比较分析发现这些片段在茶组(Thea)和油茶组(Oleifera)物种间高度保守，暗示其转移事件发生于这两个类群分化之前。

进化选择压力
Ka/Ks分析显示，除cox₂(C. tachangensis vs C. pubilimba)和nad₁(vs C. assamica)外，绝大多数PCGs的Ka/Ks<1，表明纯化选择主导其进化历程。特别发现rpl₂和sdh₃基因在原始茶种与栽培变种间存在显著分化，可能反映人工选择的影响。

系统发育地位
基于叶绿体PCGs的分析强支持大厂茶与马关茶(C. makuanica)、大理茶(C. taliensis)形成基部分支(BS=100, PP=1.00)；而线粒体CDS树因数据限制未能明确其系统位置，凸显两类基因组在系统学研究中的互补价值。

这项研究首次揭示了大厂茶线粒体基因组的独特多分支构象及其进化机制，为理解山茶属植物线粒体基因组多样性提供了重要范例。发现的叶绿体同源片段和tRNA基因转移事件，为研究细胞器基因组互作提供了新线索。建立的基因组资源不仅有助于解析大厂茶的原始性状遗传基础，也为后续保护策略制定和优质性状分子标记开发奠定了理论基础。特别值得注意的是，该研究揭示的RNA编辑位点(如ccmFn基因39个位点)和胁迫响应相关基因(如nad₅高突变率)，为探索茶树环境适应性机制开辟了新方向。这些发现对濒危茶树种质资源保护与可持续利用具有重要实践意义。