哈萨克斯坦野生苹果(Malus sieversii和Malus niedzwetzkyana)遗传多样性及抗病位点的高通量SNP分析

本研究针对哈萨克斯坦野生苹果种质资源面临的老龄化、病虫害威胁及遗传侵蚀问题，采用Axiom JKI50kMd SNP芯片对352份样本进行基因分型。研究人员揭示了不同地理种群遗传结构差异，发现Zhongar Alatau种群遗传多样性最低(He=0.21)，而Ile Alatua种群因栽培品种基因流呈现较高变异(He=0.32)。首次系统鉴定了M. niedzwetzkyana在抗火疫病(FB)、白粉病(PM)和黑星病(Scab)位点的多态性优势，为苹果抗病育种提供了关键遗传资源。

　　

在广袤的哈萨克斯坦山地，生长着现代栽培苹果的野生祖先——塞威氏苹果(Malus sieversii)和红肉苹果(M. niedzwetzkyana)。这些"活化石"不仅承载着苹果演化的历史密码，更是抗病育种的金矿。然而气候变化、病虫害肆虐以及人类活动正使这些珍贵资源以每年75-80%的速度消失，特别是2017年以来，火疫病(Erwinia amylovora)、黑星病(Venturia inaequalis)和白粉病(Podosphaera leucotricha)的爆发更让情况雪上加霜。更令人担忧的是，遗传检测发现美国国家植物种质系统保存的383份材料中，超过半数已与栽培苹果发生基因混杂。

来自阿拉木图植物生物学与生物技术研究所分子生物学实验室的研究团队，联合哈萨克国立大学和哈萨克国家生物技术中心，开展了一项规模空前的野生苹果"基因普查"。他们运用高通量Axiom JKI50kMd SNP芯片技术，对采自Zhongar Alatau、Ile-Alatau等保护区的352份样本进行全基因组扫描，同时检测了43个与FB、Scab和PM抗性相关的分子标记。这项研究最终揭示了中亚野生苹果不为人知的遗传密码，成果发表在《Tree Genetics》期刊。

研究采用三大关键技术：1)基于GPS定位的跨海拔采样(1255-1845 masl)，涵盖6个遗传保护区；2)Axiom JKI50kMd芯片的48,139个SNP位点分析，经PLINK严格质控保留23,224个高质量位点；3)整合PCA、AMOVA、ADMIXTURE和最大似然法(RAxML-NG)的多维种群结构解析。

遗传多样性分析
通过23,224个SNP标记揭示：Zhongar Alatau保护区的种群呈现惊人的遗传同质性(He=0.21)，与Tarbagatai种群F_ST=0.002，暗示长期隔离。而Ile-Alatau种群则因栽培苹果基因渗透呈现"基因鸡尾酒"效应，不仅He跃升至0.32，更在PC2维度形成连续梯度变异。AMOVA显示物种间分化贡献20.1%变异(F_ST=0.201)，而M. sieversii种群间仅7.9%。

种群结构解析
ADMIXTURE分析在K=3时获得最优结构：1)Zhongar-Tarbagatai聚类(祖先成分Q>0.85)；2)Ile-Ketmen混合群(Q=0.72)；3)M. niedzwetzkyana独立分支。有趣的是，系统发育树显示部分Ile样本与Zhongar种群聚枝，暗示历史基因流存在"遗传桥梁"。

抗病位点筛查
在FB抗性位点MR5(Chr3)和FBE(Chr12)检测到突破性发现：M. sieversii仅1个样本在FB-MR5-NZsnEH034548_R249和RLP1a位点杂合，而M. niedzwetzkyana中4个样本在FB-MR5-NZsnEH034548_K35、10个样本在Rvi4-1_K146(Scab抗性)呈现多态。这种"抗性基因库"的差异为解释前者易感病虫害提供了分子证据。

这项研究首次绘制了哈萨克斯坦野生苹果的精细遗传图谱，揭示了两大警示：Zhongar种群因遗传瓶颈面临灭绝风险，而Ile种群正经历不可逆的基因混杂。更关键的是，发现M. niedzwetzkyana在FB抗性位点MR5和Scab抗性基因Rvi4的特殊变异，使其成为培育"双抗"品种的珍稀材料。研究为制定差异化的保护策略提供了科学依据——对Zhongar种群需建立"基因避难所"，而对Ile种群应设置栽培隔离带。这些发现不仅解释了近年来病虫害大爆发的遗传基础，更为全球苹果产业对抗气候变化带来的生物胁迫指明了新的育种方向。