基于GBS与SDS-PAGE技术的韩国野生燕麦遗传多样性解析及其育种潜力挖掘

本研究针对燕麦育种遗传基础狭窄的问题，通过基因分型测序（GBS）和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）技术，对韩国西南沿海地区237份野生燕麦（Avena fatua L.）种质进行遗传多样性与种子贮藏蛋白分析。研究发现群体间存在显著遗传分化（FST=0.71），鉴定出20,836个SNP位点，揭示其作为栽培燕麦遗传改良资源的重要潜力。该研究为扩大燕麦遗传资源库提供了关键数据支撑。

　　

随着全球对燕麦营养价值的认可度提升，其消费量快速增长。然而现代育种过程中对有限遗传资源的依赖导致了遗传侵蚀风险。作物野生近缘种（CWRs）作为天然的基因库，蕴含抗逆性和营养品质改良的关键基因。野生燕麦（Avena fatua L.）作为六倍体物种（AACCDD, 2n=6x=42），具有环境适应性强、与栽培燕麦杂交亲和的特点，是拓宽遗传基础的理想材料。

研究团队于2022年在韩国西南沿海8个地区采集237份野生燕麦样本，综合运用基因分型测序（GBS）和十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）技术，通过群体遗传学分析和蛋白质电泳图谱聚类，系统评估其遗传多样性分布规律。

主要技术方法

样本来自韩国全罗南道、全罗北道和庆尚南道的8个地理群体（包括木浦、灵岩等地）。通过GBS构建PstI/MspI酶切文库，使用Illumina HiSeq 2000平台进行测序，比对至栽培燕麦参考基因组（OT3098 v2）获得SNP位点。采用poppr、adegenet等软件进行群体遗传分析，通过STRUCTURE和DAPC解析群体结构。种子贮藏蛋白采用尿素缓冲液提取，12% SDS-PAGE分离后通过考马斯亮蓝染色显影，使用k-means聚类分析蛋白条带模式。

遗传变异与群体结构

GBS分析鉴定出20,836个高质量SNP位点，其中C基因组多态性最高（41%）。群体遗传参数显示预期杂合度（H_e）平均值为0.188，观察杂合度（H_o）为0.077，符合自花授粉物种特性。分子方差分析（AMOVA）表明59.1%的变异存在于群体内部，40.9%存在于群体间（Φ_ST=0.41）。

STRUCTURE和DAPC分析均支持样本分为两大遗传群组（K=2），组间遗传分化达70.9%（F_ST=0.71）。地理分布显示群组1主要集中于木浦、灵岩和扶安地区，群组2分布于其他区域，其中珍岛地区种群遗传独特性最高。

地理隔离与遗传分化

配对F_ST分析显示地域间遗传分化程度差异显著（0.122-0.795），木浦与灵岩群体遗传相似性最高（F_ST=0.122），而珍岛与长兴群体分化程度最大（F_ST=0.795）。Mantel检验证实地理距离与遗传分化呈显著正相关（R=0.54, p<0.001），表明隔离距离是塑造遗传结构的重要因素。

种子贮藏蛋白多样性

SDS-PAGE检测到26条分子量15-120 kDa的蛋白条带。50 kDa球蛋白条带呈现多态性，70 kDa清蛋白条带在所有个体中保守存在。k-means聚类将蛋白图谱分为两组，但与基因型聚类结果无显著相关性，表明蛋白表型与基因组变异可能受不同机制调控。

结论与意义

本研究首次系统揭示韩国野生燕麦群体存在高度遗传分化，珍岛等孤立种群的特有基因库为育种提供了独特资源。GBS技术高效揭示了基因组水平变异，而种子贮藏蛋白模式则反映了驯化选择中的保守性。虽然两种标记系统未呈现显著关联，但共同证实野生燕麦蕴含丰富的遗传多样性。该研究为利用野生资源拓宽栽培燕麦遗传基础提供了理论依据和实践路径，对应对气候变化背景下的作物遗传改良具有重要战略意义。研究成果发表于《BMC Plant Biology》，为作物野生近缘种保护与利用提供了范式。