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油茶是我国重点发展的木本油料作物。茶油被誉为“东方橄榄油”,是一种健康优质的食用植物油。大力发展油茶产业是我国油料作物产业发展战略之一,有助于满足不断增长的健康优质植物油需求。普通油茶(Camellia oleifera)是我国分布最广、产量最高的油茶物种,果实大、籽数多但果皮厚、出籽率低。小果油茶(C.meioc)arpa栽培面积、产量仅次于普通油茶,果小、籽数少而果皮薄、出籽率高。整合两者的优势,选育果大、皮薄、出籽率高的油茶,可以显著提高油茶产量。但小果油茶及普通油茶的系统发育关系存在争议,其果实大小等性状分化的分子机制尚不清楚,对其遗传资源挖掘与利用造成限制。本研究采用高通量测序技术对山茶属油茶组(包括普通油茶和小果油茶)、短柱茶组和红山茶组19个物种的叶绿体基因组进行了测序分析,组装了叶绿体全基因组。通过比较叶绿体基因组,分析了物种间的序列变异,特别是小果油茶与普通油茶间的差异。基于叶绿体基因组数据,构建了系统发育树,分析了小果油茶与普通油茶间的系统发育关系。此外,对小果油茶与普通油茶果实生长发育过程进行了观测。对果实生长发育关键阶段的果皮和种子样本进行了转录组测序,分析了不同生长发育阶段不同组织基因表达的差异,筛选了可能与果实大小分化相关的基因。本研究的主要结果及结论如下:1、组装得到山茶属油茶组、短柱茶组和红山茶组19个物种的高质量叶绿体全基因组。这些物种叶绿体基因组大小156754-157005 bp,结构相对保守,特征相似。叶绿体基因组的核苷酸多样性指数较低,序列高度保守,差异位点主要位于非编码区。在atpH-atpI的基因间隔区,小果油茶相较于普通油茶的叶绿体全基因组序列存在400 bp的长片段缺失,对该片段开发的标记能快速的鉴定形态相似的普通油茶与小果油茶。2、基于叶绿体全基因组的系统发育树分为三个大支;油茶组物种分在两个大支中,而短柱茶组的物种分散在所有的三个大支中。结果不支持目前关于山茶属油茶组和短柱茶组的划分。普通油茶与小果油茶分别位于不同的大支中,提示两者拥有不同的母系祖先,表明小果油茶与普通油茶可能是两个不同的物种。3、小果油茶与普通油茶的果实大小变化均呈现出典型“慢-快-慢”的“S”型变化趋势,可划分为三个阶段,即平缓增长期、快速膨大期和平台期。在所有时期,普通油茶果实均显著大于小果油茶。其中,果实的快速膨大期可能是决定两者果实大小分化的关键时期。小果油茶与普通油茶的果实在转录组水平上与果实大小变化趋势相一致。其中,从果实平缓增长期转到快速膨大期果皮中差异表达基因的数量最多,果皮细胞的有丝分裂相关基因表达被抑制,而果皮细胞膨大相关基因在此过程中上调。4、从普通油茶中发现12个与果实大小性状相关联的核心基因,从小果油茶中发现8个与果实大小性状相关联的核心基因。一部分核心基因被定位到与果实细胞有丝分裂过程相关的调控通路;另一些与果实细胞膨大的调控通路密切相关。本研究可以为普通油茶及小果油茶遗传资源高效挖掘与利用提供科技支撑。