中国金花茶物种概念的系统发育与保护基因组学研究

本研究针对中国珍稀金花茶物种的分类混乱和保护困境，通过ITS序列和叶绿体全基因组(cpG)系统发育分析，揭示了23个有效金花茶物种的进化关系，发现广泛存在的种间杂交和叶绿体基因组捕获现象。研究人员采用高通量测序技术构建了包含931个ITS序列和322个cpG的数据集，证实ITS序列能有效区分金花茶物种，而cpG数据可追溯地理起源。该研究为"植物界大熊猫"的精准保护提供了分子依据，对濒危物种的原地保护和迁地保育具有重要指导意义。

　　

在中国传统文化中，黄色是皇家专属的尊贵色彩，金黄色的山茶花（金花茶）因其独特花色被誉为"植物界的大熊猫"。自1965年首株金花茶Camellia chrysantha（现被视为C. nitidissima异名）被发现以来，中国植物学家已描述约42个金花茶物种，但由于过度开发和分类混乱，所有金花茶物种都处于濒危状态。这些珍稀植物既是重要的油料作物和药用资源，又具有极高的观赏价值，其物种界定和系统发育关系却长期存在争议——不同分类学家认可的有效物种数量从12个到30个不等，近半数物种的分类地位存疑。

为厘清金花茶的物种界限，中国科学院植物研究所植物多样性与特色作物国家重点实验室的研究团队联合多家机构，开展了迄今为止最全面的金花茶基因组学研究。研究人员采集了95份金花茶样本（代表51个分类单元），通过改良CTAB法提取DNA，采用长片段PCR结合Illumina HiSeq X Ten平台测序获得65个叶绿体全基因组(cpG)，同时扩增ITS序列（使用ITS_p5/ITS_u4引物）。结合GenBank数据，最终构建了包含931个ITS序列（160个分类单元）和322个cpG（140个分类单元）的数据集。通过MAFFT比对和PhyloSuite软件进行最大似然法(ML)、贝叶斯推断(BI)等系统发育分析，并利用DnaSP计算遗传多样性参数。

主要技术路线

1. 样本采集：覆盖中国主要金花茶分布区的保育基地
2. 分子标记：ITS序列用于物种区分，cpG用于地理溯源
3. 数据分析：MAFFT比对+ML/BI建树，DnaSP计算遗传多样性
4. 物种鉴定：通过系统发育树拓扑结构和自展值验证

系统发育分析揭示物种界限
基于ITS数据的ML树将金花茶分散在23个高度支持的分支中（自展值≥50），其中C21、C44和C45分支存在分类争议。叶绿体基因组分析显示金花茶分布在3个主要分支（g、h、k），与越南金花茶形成明显地理分化。研究发现：

• 杂交与基因组捕获：C. parvipetala等物种表现出核基因（ITS）与叶绿体基因组的系统发育位置不一致，证实存在种间杂交和叶绿体基因组捕获现象
• 关键物种厘清：确认C. terminalis应作为独立物种（非C. pingguoensis变种），C. microcarpa与C. petelotii虽共享叶绿体基因组但核基因差异显著
• 物种复合体：C. chrysanthoides、C. flavida和C. petelotii构成包含多个疑似杂交种的复合类群

基因组特征与分子标记开发
新测定的65个cpG具有典型四部分结构（LSC 86.5kb、IR 26.1kb、SSC 18.2kb），平均长度156,885bp：

• SSR分布：LSC区占66.54%的SSR位点，单核苷酸重复主导（62-76个SSR/物种）
• 变异热点：LSC和SSC区变异显著（Pi=0.02425），IR区高度保守
• DNA条形码：ITS序列区分率达95.6%，显著优于传统条形码（matK+rbcL+trnH-psbA组合仅能区分41.3%）

遗传多样性警示保护危机
遗传参数显示金花茶多样性远低于普通山茶：

• 最低多样性：C. chrysanthoides的π值仅0.00053（k=0.286）
• 濒危现状：C. debaoensis仅存13株野生个体，C. rostrata不足100株
• 保育建议：优先保护C. terminalis等非保护区物种，保育基地需扩大遗传多样性覆盖

分类学修订与保护意义
研究最终确认中国现存23个有效金花茶物种，解决了15个长期争议的分类问题。通过整合分子系统学与形态学证据：

1. 分类修订：将C. longgangensis等归并为C. flavida异名，确认C. tunghinensis独立于越南的C. indochinensis
2. 保护框架：建立"ITS物种鉴定+cpG地理溯源"的双轨保护体系
3. 研究展望：需结合模式标本开展越南-中国金花茶的比较研究

这项发表于《BMC Plant Biology》的研究为金花茶保护提供了科学依据，其建立的分子鉴定体系已应用于中国二级保护植物的执法监管。研究强调对C. impressinervis等极危物种实施"原地保护+迁地保育"的紧急措施，并为山茶属植物杂交育种提供了重要基因组资源。未来研究将聚焦金花茶杂交种的起源解析，以及保育种群遗传多样性的动态监测。