基于形态学和SSR标记揭示马豆（Macrotyloma uniflorum L.）基因型遗传多样性的研究

《Scientific Reports》：Unveiling the genetic diversity in horsegram (Macrotyloma uniflorum L.) genotypes through morphological and microsatellite (SSR) markers

本研究针对马豆（Macrotyloma uniflorum L.）这一气候适应性强的豆类作物遗传潜力未被充分利用的问题，研究人员通过形态学性状和微卫星（SSR）标记对22个马豆高代育种系进行了遗传多样性与变异性评估。结果表明，千粒重（1000SW）等性状具有高遗传力与遗传进展，可作为早期选择的有效指标；SSR标记MUMS-18多态性信息含量最高（PIC=0.70）。该研究为马豆产量提升和遗传改良提供了重要的性状与分子标记资源，对促进这一营养作物的育种工作具有重要意义。

　　

在追求粮食安全和营养健康的今天，一些具有独特优势的传统作物正重新获得关注。马豆（Macrotyloma uniflorum L.）便是这样一种被忽视的“潜力股”。作为豆科植物，马豆不仅蛋白质含量高达17.9-25.3%，还富含碳水化合物、必需氨基酸以及钼、磷、铁等矿物质和多种维生素。更难得的是，它具有极强的抗旱性和耐高温能力，能在其他作物难以生存的贫瘠土地上生长，因此被誉为“气候韧性作物”。在印度，马豆是第五大广泛种植的豆类，在卡纳塔克邦、安得拉邦等南部地区有传统种植。

然而，尽管马豆具有如此多的优点，它在主流农业中却长期被忽视。这主要是由于缺乏改良和适应性强的品种，导致其产量潜力未能充分发挥。在印度查谟和克什米尔联邦直辖区，马豆的产量仅为每公顷338公斤，远低于全国平均水平。要改变这一现状，关键在于通过育种手段改良马豆品种，而育种工作的基础则是对现有种质资源遗传多样性的深入了解。

以往对马豆遗传多样性的研究有限，且缺乏形态学与分子水平的综合评估，特别是在查谟地区。为此，Ragini Padha等研究人员在《Scientific Reports》上发表了他们的最新研究成果，通过结合形态学性状分析和微卫星（SSR）分子标记技术，对22个马豆高代育种系进行了全面的遗传多样性评估，为马豆的遗传改良提供了重要科学依据。

研究人员主要采用了田间形态性状评估和分子标记分析相结合的技术方法。在田间试验中，他们对22个育种系的11个重要农艺性状进行了测量和遗传参数估算。在分子水平上，他们使用CTAB法提取叶片DNA，通过筛选30对SSR引物进行PCR扩增和聚丙烯酰胺凝胶电泳分析多态性。数据分析则采用了R Studio、Windostat和NTSYS等软件进行遗传参数计算、聚类分析和主成分分析。

Morphological analysis

方差分析显示，所有11个形态性状在22个基因型间均存在显著差异，表明试验材料具有丰富的变异基础。千粒重（1000SW）、单株荚果数（NPP）和单株种子产量（SY）等性状表现出较高的表型变异系数（PCV）和基因型变异系数（GCV），说明这些性状具有较大的遗传变异潜力。而成熟天数（DTM）和每荚种子数（SP）等性状的PCV和GCV值较低，表明它们更容易受环境因素影响。

Genetic parameters

遗传力估计结果显示，千粒重（1000SW）的遗传力高达98.92%，同时具有57.95%的遗传进展，表明该性状主要受加性基因效应控制，通过表型选择可取得良好效果。单株种子产量（SY）和单株荚果数（NPP）等性状也表现出高遗传力，但遗传进展相对较低，提示这些性状可能受非加性基因效应影响。

Correlation studies

相关性分析揭示了各性状间的复杂关系。成熟天数（DTM）与开花天数（DTF）、单株荚果数（NPP）和单株种子产量（SY）呈显著正相关，这对选育早熟高产品种具有指导意义。单株荚果数（NPP）、每荚种子数（SP）和千粒重（1000SW）等性状与单株种子产量（SY）呈显著正相关，表明通过改良这些性状可有效提高产量。

D2 studies

基于Mahalanobis D²统计量的多元分析将22个基因型分为四个聚类群。其中，聚类IV仅包含HPKM-150一个基因型，但在多个产量相关性状上表现最佳，被认为是最具潜力的杂交亲本材料。性状贡献分析表明，千粒重（1000SW）对遗传差异的贡献最大（69.7%），其次是单株种子产量（SY）（19.0%）。

Molecular analysis

分子水平上，30对SSR引物中有9对表现出多态性，共检测到23个等位基因，平均每个位点2.56个等位基因。多态性信息含量（PIC）值范围为0.09-0.70，其中MUMS-18引物的PIC值最高（0.70）。基于Jaccard相似系数的UPGMA聚类分析将22个基因型分为两个主要群组，主成分分析（PCA）结果与聚类分析一致，验证了分子标记分析结果的可靠性。

本研究通过形态学和分子标记的综合分析，全面揭示了马豆种质资源的遗传多样性。研究发现千粒重（1000SW）等性状具有高遗传力和遗传进展，是早期选择的理想指标。相关性分析明确了影响产量的关键性状，为育种目标制定提供了依据。聚类分析鉴定出的HPKM-150等优异基因型，以及MUMS-18等高多态性SSR标记，为未来马豆育种工作提供了宝贵的亲本材料和分子工具。这项研究不仅为马豆的遗传改良奠定了坚实基础，也为其他被忽视作物的研究提供了可借鉴的方法学框架。随着气候变化的加剧和粮食安全需求的增长，像马豆这样具有抗逆性和营养价值的“未来作物”必将发挥越来越重要的作用。