分子標誌在茶樹研究上的應用

1. 專題討論 分子標誌在茶樹研究上的應用 指導教授：王裕文 老師 報 告 者：蔡依真

2. 大綱 • 前言 茶樹簡介 • 分子標誌的應用RAPD，AFLP Biochemical markers • 總結

3. 前言 • 茶樹在中國已有2000至3000年的利用歷史，最初為藥用，至西元前3世紀左右，才成為飲料。 • 有關茶的記載極多，最早在神農時代，主要是以茶葉解毒，最詳細的記載則在唐代， 陸羽著的茶經中。 • 直至現在，茶已經變成流通於全球的大眾化飲料，在嗜好性飲料中，茶的重要性佔第一位。

4. 前言 • 茶樹屬於山茶科(Theaceae)中的茶屬( Camellia )，為多年生木本植物，一般為常綠灌木。 • 茶樹同時也是高度異質性的異交作物，根據Barua (1965)的植物分類法有三種東南亞地理區域原產的栽培種，分別是中國、阿薩姆、以及高棉型。 • 一般而言，不論茶的分類差異有多少，所有茶都被分類為茶屬( Camellia )的物種。

5. 前言 茶樹間遺傳關係的資訊，對於遺傳資源收集以及育種上的利用而言，都是很重要的。 傳統利用型態學及農藝性狀結合來測量遺傳歧異度 環境、栽培方式、主觀判斷 影響歧異度的判斷 P = G + E + G x E

6. 遺傳指標工具 尋求一種穩定且不易受其他因子影響的遺傳指標工具是需要的。 • 早期區別茶樹營養系是用烯指數，但是這個數值的再現性很差。 • 而其後有用同工脢來分析茶樹遺傳歧異度，但是受限於低程度的可察覺多型性，無法有效的應用在歧異度的分析。

7. 茶樹研究 RAPD, AFLP, Biochemical markers • RAPD 1995年Wachira等學者利用RAPD分析茶樹的遺傳歧異度 。 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度 。 2000年Kaundun等學者利用RAPD分析優良的韓國、日本以及台灣茶樹遺傳歧異度 。 • AFLP 1997年Paul等學者利用了AFLP，來分析印度與肯亞茶樹族群的歧異度與遺傳分化。

8. 在許多國家傳統茶樹育種過程，是利用現有少數的栽培種去做雜交，再來選拔。然而從有限的gene pool中再去重組並不能增加太多變異。並且經由長期的選拔後，可能更進一步的將現有的gene pool與歧異度侵蝕。 所以許多地區已經開始設立種原庫，而種原庫所要收集的材料必須經過準確的評估，來減少遺傳質的重複，並有效地提供育種家有興趣的遺傳資源。

9. 27 26 38 7 28 Fig.1 1995年Wachira等學者利用RAPD分析茶樹的遺傳歧異度 24種阿薩姆型茶 11種中國型茶 4種高棉型茶

10. 主成分多變量分析 Fig.2 1995年Wachira等學者利用RAPD分析茶樹的遺傳歧異度

11. 小結論 • 已知的分類及譜系資料與分子標誌所做出的分群大致符合，確立分子標誌的可信度。 • RAPD可以區別不能由外表型特性區分的茶樹族群。 • RAPD輔助雜種的分類傾向。 1995年Wachira等學者利用RAPD分析茶樹的遺傳歧異度

12. 1997年Paul等學者利用AFLP，來分析印度與肯亞茶樹族群的歧異度與遺傳分化。1997年Paul等學者利用AFLP，來分析印度與肯亞茶樹族群的歧異度與遺傳分化。 阿薩姆型 中國型 高棉型 Fig.3

13. M-51 M-6 M-18 M-93 C-37 C-33 C-124 主成分多變量分析 Fig.4 1997年Paul等學者利用AFLP分析印度與肯亞茶樹族群的歧異度與遺傳分化

14. 小結論 • 分子標誌輔助雜種的分類傾向。 • 在主成分多變量分析座標圖中從肯亞和印度來的阿薩姆品系以及中國品系都很靠近在一起。計算出的肯亞茶樹族群內的歧異度與對印度族群做的觀察非常相似。於是推論肯亞茶樹起源於印度。 • 相同地理區域收集的材料可以在PCO中顯示出地域上的次分化。 1997年Paul等學者利用AFLP分析印度與肯亞茶樹族群的歧異度與遺傳分化

15. 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度 。

16. 經由RAPD得到197個多型性條帶依據 Nei and Li（1979）相似度公式計算遺傳相似度 遺傳相似度範圍在 9個茶樹栽培種中為0.48~0.82 其他野生茶樹中為 0.39~0.74 野生的茶屬中保存了更大的遺傳變異 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

17. K/purple C. irrawadiensis C. oleifera Fig.5 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

18. 兒茶素(catechins) 咖啡因(caffeine) 茶胺酸(theanine) Thea Fig.6 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

19. Fig.7 由PCO圖中可以反應出不同亞屬的大小與歧異度 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

20. 小結論 • PCO圖中各section間的距離除了可以代表其差異外，作者也發現彼此間距離的關係與雜交親和度研究一致， 相距越近的section越容易雜交。 • 這樣的資訊可以讓育種家更方便利用茶屬內廣大的遺傳資源。 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

21. Section-specific RAPD markers OPN-03-1400 是section Thea的專一條帶 OPV-03-700 OPW-18-700 是section Camelliopsis和Theopsis的專一條帶 • 專一條帶對於物種鑑定及栽培性狀都是很重要的。 • 而這些專一的markers可以應用在證明物種間遺 傳資源的傳遞。 • Section-specific RAPD markers已成功的應用在百合屬上，相信未來同樣可以應用在茶屬上‧ 1997年Wachira等學者利用RAPD分析茶屬( Camellia )的遺傳歧異度

22. 2000年Kaundun等學者利用RAPD分析優良的韓國、日本以及台灣茶樹遺傳歧異度 。 早在第七世紀的時候，由佛教僧侶將茶樹由中國引入韓國‧到十四世紀時，由於當時的王朝推行儒教來取代佛教，於是茶園在這樣的政策下被破壞以及抑制。 結果好幾個世紀以來，許多茶園都被當地人民遺忘忽略。直到早些幾年茶樹才被重視，重生。幾個茶園已經由收集當地廢棄茶園種苗，以及引進日本與台灣的栽培種來重建。但是並沒有確切的資料顯示各茶園的重建過程，於是作者們便收集了27種來自台灣、日本與韓國的優秀茶樹來作研究。

23. J03J07 Fig.8 2000年Kaundun等學者利用RAPD分析優良的韓國、日本以及台灣茶樹

24. Fig.9 2000年Kaundun等學者利用RAPD分析優良的韓國、日本以及台灣茶樹

25. 小結論 • 經由樹狀圖以及PCO圖，可以看出不同茶園的茶樹起源。這資訊對於繼續進行育種將會有很大的助益。 • 目前韓國茶園尚留有廣大的遺傳資源，應該盡快建立類似種原中心的機構來將目前的資源收集保存起來，以提供將來育種改良應用。 2000年Kaundun等學者利用RAPD分析優良的韓國、日本以及台灣茶樹

26. 2000年Magoma等學者利用兒茶素當生化標誌應用在茶樹品質以及遺傳歧異度研究。 2000年Magoma等學者利用兒茶素當生化標誌應用在茶樹品質以及遺傳歧異度研究。 根據以前學者的研究，得知全部兒茶素的含量與茶葉品質有關，通常兒茶素含量多的茶樹都有比較高的品質。也有學者以全部兒茶素的含量來做遺傳歧異度的分析，但是都沒有考慮到不同兒茶素間的關係。作者們認為兒茶素間的比例可能更可以決定茶葉品質以及遺傳歧異度。於是作者便以雙氫氧根兒茶素與三氫氧根兒茶素的比例，再加上全部兒茶素含量來判斷肯亞茶樹遺傳資源的不同。 兒茶素的氧化產物以及咖啡因是可以用來決定茶葉品質的重要生化指標。像是兒茶素的氧化物，茶黃質與茶紅質，就是決定紅茶品質的可靠特性。 • Biochemical markers

27. 3a (1:2) 阿薩姆型 1c (1:4) 中國型 EJULU 3b (2:3) 1a (1:2) (7:10) 高棉型 1b (1:4) 303/577 2000年Magoma等學者利用兒茶素當生化標誌應用在茶樹品質以及遺傳歧異度研究。 Fig.10

28. 小結論 • 利用兒茶素比例與各含量來研究茶樹，可以提供一個便利的技術，輔助茶樹的分群傾向以及育種的遺傳資源分析。 • 另外一個好處是可以發展成茶葉品質的標誌，用來監控生產線上的茶葉品質。 • 還可以補足DNA分子技術需要高資本的設備、耗材以及專業人員的需求。 2000年Magoma等學者利用兒茶素當生化標誌應用在茶樹品質以及遺傳歧異度研究

29. 2000年Hackett等學者利用RAPD與AFLP建立茶樹(Camellia sinensis)的genetic linkage map RAPD與AFLP得到的資訊，透過JOINMAP軟體建構出茶樹的連鎖圖譜。(Fig.11) 茶葉片的特性是產量與品質選拔的基礎，但這性狀是需要經過幼木期的發育才會穩定，是不適合去做提早篩選的。 當這些性狀與連鎖圖譜上的markers連鎖時，就可以成功的縮短育種年限了。

30. Fig.12 1999年Singh等學者成功的將成茶DNA抽出，並應用在PCR增殖 。

31. Fig.13 利用分子標誌應用在成茶鑑定上，將可以保護品種的專利。 1999年Singh等學者成功的將成茶DNA抽出，並應用在PCR增殖

32. 分子標記應用在茶樹 • 作為茶樹分類依據。 • 釐清茶樹雜種的分類傾向。 • 歧異度的研究輔助茶樹種原保存及雜交育種。 • 性狀配合連鎖圖譜可以縮短茶樹育種年限。 • 當作是一種茶樹的身份認證，確保品種專利。

33. 報告完畢 謝謝大家