基于全基因组重测序的野生与栽培碧根果遗传多样性解析及分子标记开发

《Genetic Resources and Crop Evolution》：Comprehensive resequencing reveals new genetic polymorphisms applicable to wild and cultivated pecan

本研究针对碧根果(Carya illinoinensis)遗传资源鉴定和育种效率提升的需求，通过Illumina二代测序技术对63个栽培种和871个种质资源库样本进行基因分型测序(GBS)，开发出包含12.8K标记的公开数据集。研究首次揭示了野生种群与栽培品种的遗传关系，通过扩增受阻突变系统(ARMS)建立了分子标记开发方法，为碧根果种质资源保护和育种改良提供了重要遗传工具。

　　

碧根果作为高价值坚果作物，其遗传育种研究一直面临种质资源鉴定困难、育种周期长等挑战。虽然早期研究利用蛋白质变异和少量分子标记进行品种鉴定，但分辨率有限。随着测序技术发展，基因分型测序(GBS)等新方法为碧根果遗传研究提供了新机遇，但针对野生种群与栽培品种系统遗传关系的研究仍较缺乏。

为解析碧根果遗传多样性，研究团队对美国农业部种质资源库的934个样本（63个栽培品种和871个种质资源）进行Illumina测序。采用ApeKI限制性内切酶进行GBS建库，使用Tassel5分析流程鉴定变异，以87MX3-2.11基因组为参考，经过严格过滤获得12,820个高质量标记。

群体遗传结构分析

通过多维尺度(MDS)分析发现，种质资源明显按地理来源聚类，形成墨西哥、德克萨斯和非德克萨斯美国种质三大类群。MX5种质出现特殊亚群，可能与历史上从德克萨斯引入种质有关。研究还发现28个错误标签个体，经亲缘关系分析确认其真实来源。

品种亲缘关系验证

栽培品种的遗传分析验证了历史记载的亲缘关系，如'Western Schley'与TX5种质亲缘最近（亲缘值0.113），符合其源自'San Saba'的记载。但对'USDA-ARS-Caddo'的分析发现其更可能来自'Brooks'×'Schley'而非传统认为的'Brooks'×'Alley'。

群体遗传参数

北方种质具有最高核苷酸多样性(π=0.1622)，墨西哥种质最低(π=0.1332)。MX2和MX3种质与其他群体遗传分化最大(F_ST>0.12)，TX6种质分化最小(F_ST=0.0259)。

ARMS标记开发

针对抗疮痂病个体TN1-1 UID497，开发出特异性ARMS标记，为后代鉴定和抗病育种提供实用工具。标记与GBS结果一致性高，证明其可靠性。

研究意义与展望

该研究建立了碧根果最大规模的公开标记数据集，为种质资源保护、品种鉴定和抗病育种提供重要资源。ARMS标记体系的建立为育种实践提供经济有效的基因分型方案。未来结合更多表型数据，这些标记将有助于解析重要农艺性状的遗传机制。

主要技术方法

研究采用Illumina NextSeq 500进行75bp单端测序，使用ApeKI酶切GBS建库。数据分析采用Tassel5 GBSv2流程，以碧根果参考基因组87MX3-2.11进行比对。群体遗传分析使用VCFtools和fastStructure，分子标记开发采用ARMS技术。

研究结论

本研究成功构建了碧根果高密度遗传图谱，揭示了种质资源的群体遗传结构，验证了栽培品种的亲缘关系，开发了实用的分子标记系统。这些成果为碧根果遗传改良和种质资源保护提供了重要工具，对推动碧根果产业发展具有重要意义。