揭示普利亚地区代表性葡萄品种的克隆多样性和品种内多样性

《Horticultural Plant Journal》：Unveiling clonal and intra-varietal diversity in Apulia’s representative grape varieties

本研究通过GBS分析意大利阿普利亚五种葡萄品种的59,183个SNP标记，发现显著遗传变异，鉴定出与次生代谢物相关的关键基因（如WRKY、MYB），并验证了六个SNP标记用于品种区分和溯源，为保护阿普利亚葡萄文化遗产和育种提供依据。

　　本文探讨了意大利普利亚地区五种代表性葡萄品种的基因组多样性，通过高通量的基因型测序（Genotyping-by-sequencing, GBS）方法，分析了其在品种内部和品种间的遗传变异情况。这些葡萄品种包括‘Negramaro’、‘Malvasia Nera’、‘Primitivo’、‘Minutolo Bianco’和‘Uva di Troia’，它们不仅承载着普利亚地区的传统与文化价值，还在现代葡萄酒产业中发挥着重要作用。研究的主要目标是识别与品种特征相关的基因变异，评估品种间的遗传关系，并开发可用于品种鉴别和葡萄酒溯源的SNP标记。

葡萄种植业在全球范围内具有重要地位，而意大利作为世界主要的葡萄酒生产国之一，拥有丰富的葡萄品种资源。普利亚地区的葡萄种植历史悠久，其独特的地理和气候条件使得葡萄品种能够适应不同的生态环境。此外，历史上的植物迁徙也丰富了本地葡萄的遗传多样性。这些多样性不仅有助于维持传统的酿酒工艺，也为应对气候变化和市场变化提供了潜在的适应性资源。近年来，随着消费者口味的多样化和市场对高品质葡萄酒的需求增加，研究和保护这些本地品种的遗传资源显得尤为重要。

在本研究中，通过对75个克隆样本进行分析，获得了59,183个高质量的单核苷酸多态性（SNP）标记。这些标记分布在19条染色体上，其中某些染色体如5号和14号，SNP数量较多，而2号和17号则相对较少。通过计算每个SNP的固定指数（Fixation Index），研究人员识别出了5,363个非冗余的变异位点，其中1,785个位于基因区域，包括887个在非翻译区（UTRs），518个在内含子，以及380个在编码区（CDS）。这些变异位点与植物的次生代谢、抗逆性和果实品质等关键性状相关，揭示了品种间差异的遗传基础。

研究还重点分析了与次生代谢相关的重要基因，例如WRKY转录因子、MYB调控因子以及糖基转移酶和O-甲基转移酶等酶类。这些基因在葡萄酒风味、香气和色素形成过程中起着关键作用。此外，研究团队还验证了六个SNP位点，以确保它们在品种鉴别中的有效性。通过PCR扩增和Sanger测序确认，这些SNP位点能够有效区分五个葡萄品种，为葡萄酒的溯源和真实性验证提供了可靠的遗传标记。

为了进一步了解品种间的遗传结构，研究人员采用了主成分分析（PCA）和邻接法树（Neighbour-Joining tree）等方法。PCA分析表明，五个品种在遗传多样性方面存在显著差异，其中‘Uva di Troia’和‘Minutolo Bianco’表现出较高的变异水平，而‘Malvasia Nera’和‘Negramaro’则显示出较低的变异。这些结果与之前的遗传研究相吻合，表明某些品种可能在起源或演化过程中具有更紧密的遗传联系。例如，‘Malvasia Nera’与‘Negramaro’之间的遗传相似性较高，可能与其在基因谱系中的亲缘关系有关。

在品种间比较中，发现‘Uva di Troia’与其他品种之间的遗传距离最大，这可能与其法国起源相关。此外，该品种在‘VvGAI1–1’和‘GA-调控蛋白2前体’等基因中表现出显著的变异，这些基因属于GRAS家族中的DELLA亚家族，与植物的生长调控和开花时间密切相关。这种遗传差异可能帮助葡萄品种更好地适应不同环境条件，如早霜或晚霜的影响，从而优化其开花和结果的时机。

‘Minutolo Bianco’和‘Malvasia Nera’在基因组变异方面表现出较低的异质性，这可能与其生长特性有关。例如，‘Minutolo Bianco’因其独特的香气特征而受到关注，其基因组中存在多个与次生代谢相关的变异位点，包括糖基转移酶（UGTs）和O-甲基转移酶（OMTs）。这些基因在芳香化合物的合成过程中起着重要作用，可能影响葡萄酒的香气特征。此外，‘Minutolo Bianco’的基因组中还发现了与植物生长调控相关的变异，如WRKY转录因子和SAUR基因，这些基因在葡萄生长过程中调控细胞伸长和果实大小，可能对品种的适应性和品质产生重要影响。

‘Primitivo’和‘Negramaro’作为普利亚地区最重要的葡萄品种之一，其基因组变异特征也引起了研究者的关注。这两个品种在异质性和基因变异数量上表现出一定的差异，这可能与其在种植过程中的选择和克隆繁殖有关。研究还发现，这两个品种在某些关键基因中存在显著的变异，如4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶（HPPD），该基因与葡萄果实中花青素的积累有关，而花青素是决定葡萄颜色的重要因素。此外，研究还发现了一些与钙离子结合和钙转运相关的重要基因，这些基因在葡萄果实中可能通过调节钙离子浓度来影响花青素的积累。

研究结果不仅为普利亚地区的葡萄品种保护提供了科学依据，也为未来的育种工作奠定了基础。通过识别与特定品质特征相关的基因变异，研究人员可以开发出更加精准的育种策略，以提高葡萄的抗逆性和风味品质。此外，研究团队还强调了这些SNP标记在葡萄酒产业中的实际应用价值，包括确保葡萄酒的原产地真实性、防止标签欺诈以及提升产品质量控制水平。这些发现表明，基因组研究不仅可以揭示葡萄品种的遗传多样性，还能为可持续的葡萄种植和葡萄酒生产提供重要的支持。

总体而言，本研究通过系统分析普利亚地区五种葡萄品种的基因组多样性，揭示了它们在遗传结构、基因功能和品种特征方面的差异。这些结果不仅有助于理解葡萄品种的演化历史，也为未来的品种改良和葡萄酒产业的可持续发展提供了科学指导。此外，研究还强调了在面对气候变化和市场需求变化时，利用基因组信息进行精准育种和品种管理的重要性。通过进一步的功能研究，可以更深入地了解这些SNP标记对葡萄生长和品质的具体影响，从而推动更高效的品种选育和产业应用。