基于ddRAD-seq的三角梅群体基因组学研究揭示显著种群结构分化与人工驯化选择机制

本研究针对三角梅品种分类混乱和同物异名问题，利用ddRAD-seq技术对84个品种进行简化基因组测序。通过756,078个SNP标记分析揭示出6个遗传亚群（B1-B6）及其低遗传多样性特征，发现亚群间存在显著基因流。选择性清除分析鉴定到38个共同选择位点，富集于萜类化合物生物合成和甘油磷脂代谢通路，为三角梅人工驯化方向和芽变易感性提供了分子证据。该研究为观赏植物育种提供了重要遗传资源。

　　

三角梅作为热带亚热带地区最重要的多年生观赏灌木，以其绚丽的花苞色和超长花期闻名于世。然而这个源自南美洲的植物正面临着严重的分类学困境——由于全球范围的广泛流通，同一个品种往往拥有多个国际通用名称（如B. x buttiana‘Roseville’s Delight’同时被称为B. x buttiana‘Dona Rosita Delight’等），分类系统极其混乱。更复杂的是，除了三个原生种（B. spectabilis、B. glabra和B. peruviana）外，其余品种仅依靠形态学特征分为三个杂交类群，这种分类方式一直存在争议。前期叶绿体基因组分析甚至发现B. glabra和B. spectabilis种间差异并不显著，这使得三角梅的遗传背景解析和新品种选育工作陷入困境。

为了解决这一难题，浙江省亚热带作物研究所的研究团队在《Scientific Reports》上发表了突破性研究成果。他们采用新一代简化基因组测序技术(ddRAD-seq)，对84个主流三角梅品种进行全基因组SNP标记分析，首次系统揭示了三角梅的种群遗传结构、遗传分化机制和人工选择特征。

研究人员首先从浙江省亚热带作物研究所三角梅种质资源圃（东经120.5497°，北纬27.9683°）精选84个涵盖所有常见性状的品种，使用EcoRI和NlaIII双酶切构建ddRAD-seq文库，基于B. x buttiana‘M Butt’参考基因组（约5 Gb）进行测序分析。通过质控获得395,636,079个ddRAD位点，筛选出756,078个MAF>0.05的高质量SNP位点。利用STRUCTURE软件进行群体遗传结构分析，采用邻接法(NJ)构建系统发育树，通过Treemix分析基因流模式，并结合F_st与Tajima's D进行选择性清除分析。

群体结构分析揭示六亚群分化模式

研究结果显示84个样本被明确划分为六个遗传亚群（B1-B6），分别包含6、16、9、11、29和13个品种。邻接系统树显示六个主要分支与遗传结构分析高度一致，PCA分析前两个主成分贡献率37.83%（PC1=26.33%，PC2=11.50%），充分证实了这种分类的可靠性。

亲缘关系分析显示复杂遗传背景

基于身份同源(IBD)分析的热图显示样本间亲缘关系复杂多变，值域从-0.2到1。BP41与BP8等样本对显示高度遗传相似性，而浅蓝色区域则表明多数品种间遗传距离较大，反映了三角梅种质资源的广泛多样性。

遗传多样性参数揭示B5亚群特殊性

遗传多样性分析显示，除B5亚群外其他亚群均表现低遗传多样性。B5亚群的等位基因有效数(Ne=1.567)、次要等位基因频率(MAF=0.248)和多态信息含量(PIC>0.25)均显著高于其他亚群，观察杂合度(Ho)和期望杂合度(He)范围分别为0.036-0.196和0.032-0.290，核苷酸多样性(Pi)为0.033-0.331，固定指数(F_is)为-0.539-0.827。

连锁不平衡与基因流分析

LD衰减分析显示所有亚群在0-300 kb范围内衰减模式相似，均在30 kb内衰减至最大值一半。F_st热图显示亚群间遗传分化程度显著（0.143-0.519），其中B1/B6分化最小，B2/B3分化最大（0.519）。最大似然(ML)树进一步证实了六个亚群间密切的基因交流。

选择性清除识别关键代谢通路

通过F_st与Tajima's D联合分析，在五个比较组（B1/B5、B2/B5、B3/B5、B4/B5、B6/B5）中分别鉴定出278、861、652、990和228个受定向选择位点，交集分析获得38个共同选择位点。GO富集分析显示这些基因主要参与单生物代谢过程、碳水化合物跨膜转运酶活性，定位于叶绿体和质体。KEGG分析表明这些位点显著富集于倍半萜和三萜类生物合成途径以及甘油磷脂代谢途径。

研究结论表明，三角梅品种存在显著的遗传分化现象，除B5亚群外其他亚群遗传多样性较低。亚群间存在密切的基因交流和历史渗入，大多数品种间缺乏明显亲缘关系。38个共同选择位点的发现揭示了三角梅人工驯化的分子机制——倍半萜和三萜类化合物生物合成途径的选择与植物防御、信号传导和生态互作密切相关，而甘油磷脂代谢途径的选择则与细胞膜结构和细胞分裂过程相关，这可能是三角梅芽变频繁发生的重要原因。

这项研究不仅解析了三角梅复杂的遗传背景，更重要的是揭示了亚群间显著的遗传分化，为未来关联研究和定向育种提供了科学基础。发现的代谢通路选择机制为理解观赏植物人工驯化方向和提高芽变育种效率提供了理论依据，对观赏植物遗传资源保护和创新利用具有重要指导意义。