基于低密度 SNP 标记集解析栽培柑橘遗传变异与品种鉴定的关键突破

为解决柑橘遗传关系复杂、品种鉴定困难及传统 DUS 测试繁琐的问题，研究人员开展基于基因分型测序（GBS）鉴定单核苷酸多态性（SNPs）以研究柑橘遗传变异的主题研究。结果发现核心 SNP 集可区分柑橘品种，不同 SNP 子集鉴定效果各异。这有助于柑橘育种与品种保护。

　　

研究背景

柑橘作为全球重要的水果作物，在人们的日常生活中占据着重要地位，从鲜食到各类加工产品，柑橘的身影随处可见。然而，柑橘物种之间复杂的遗传关系却如同隐藏在背后的谜团，阻碍着柑橘产业的进一步发展。柑橘与相关属之间的性兼容性，导致其在漫长的进化和人工栽培过程中，形成了极为复杂的遗传背景。像是温州蜜柑（C. unshiu (Mak.) Marc.）和甜橙（C. sinensis (L.) Osb.）这两种广泛种植的二倍体柑橘，它们的遗传起源和相互关系就十分复杂。温州蜜柑是由纪州蜜柑（C. kinokuni hort. ex Tanaka）和立花橘（C. nobilis Lour）杂交而来，而甜橙则是由宽皮橘（C. reticulata Blanco）和柚（C. maxima (L.) Osb.）杂交产生。不仅如此，柑橘品种的培育大多依赖体细胞突变，这使得栽培品种的遗传基础愈发狭窄，进一步增加了品种鉴定和遗传研究的难度。

在品种保护方面，国际植物新品种保护联盟（UPOV）建立的植物品种保护（PVP）系统，要求新品种具备特异性、一致性和稳定性（DUS）才能注册保护。但传统的 DUS 测试主要基于表型评估，需要在两个生长季节对多个形态特征进行观察，既耗费人力物力，又需要漫长的时间。在这个快节奏的时代，这样的测试方式显然无法满足柑橘育种快速发展的需求。因此，寻找一种高效、准确的分子标记方法来辅助柑橘遗传研究和品种鉴定迫在眉睫。

研究概况

为了攻克这些难题，来自世宗大学（Sejong University）、韩国种子与品种服务公司（Korea Seed & Variety Service）以及韩国农村振兴厅国立园艺与草药科学研究所柑橘研究中心（Citrus Research Center, National Institute of Horticultural & Herbal Science, Rural Development Administration）的研究人员携手合作，开展了一项极具意义的研究。他们利用基因分型测序（GBS）技术，对 144 个柑橘品种进行研究，旨在开发出能够有效评估柑橘遗传变异和鉴定品种的分子标记集。最终研究成果发表在《BMC Plant Biology》杂志上，为柑橘遗传研究和产业发展带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员使用的主要技术方法包括：首先，从 144 个柑橘品种的幼叶组织中提取基因组 DNA，这些品种来自韩国柑橘研究中心和济州农业技术中心，涵盖了多种柑橘类型。接着，利用 ApeKI 限制性内切酶消化 DNA，并连接特异性条形码接头构建 GBS 文库，随后在 HiSeq X 平台上进行双端测序。测序后，将读取的数据映射到克莱门汀（C. clementina hort. ex Tanaka）基因组组装版本 1.0 上，并使用 DeepVariant 程序进行 SNP 检测和筛选。为了进一步分析遗传变异和群体结构，研究人员运用主成分分析（PCA）、基于模型的聚类分析等多种数据分析方法。

研究结果

1. 全基因组 SNP 的鉴定：通过 GBS 技术，研究人员在柑橘品种中产生了超过 18.8 亿条经过修剪的读数，其中 92.8% 成功映射到克莱门汀基因组。经过筛选，共获得 26,903 个高质量 SNP，这些 SNP 在九条染色体上分布不均。进一步根据多态性信息含量（PIC）、杂合率和缺失数据率等指标，筛选出 481 个核心 SNP，这些核心 SNP 分布在基因编码区、内含子区和基因间区，为后续研究奠定了基础。
2. 遗传变异分析：主成分分析（PCA）结果显示，144 个柑橘品种可分为三个主要聚类。聚类 1 主要包含甜橙品种，聚类 3 主要是温州蜜柑品种，而聚类 2 则包含种间杂种和其他柑橘物种。基于模型的聚类分析表明，甜橙和温州蜜柑能够明显区分，但种间杂种和其他物种与这两个主要品种存在混合现象。通过计算群体间的 F_st和 Nei’s 标准遗传距离（D）发现，三个群体之间均存在显著的遗传分化，种间杂种与甜橙的遗传距离相对更近。此外，种间杂种群体的遗传多样性高于温州蜜柑和甜橙群体，这表明种间杂交增加了遗传多样性。
3. 开发经济有效的标记集用于品种鉴定：研究人员从 481 个核心 SNP 中生成了四个 SNP 子集（192、96、48 和 24 个 SNP）。基于这些子集构建的 UPGMA 聚类树显示，所有 SNP 集都能有效区分温州蜜柑、甜橙和种间杂种。其中，192 和 96 个 SNP 的子集能够成功区分所有 144 个柑橘品种，48 个 SNP 的子集可区分 134 个（93.1%）品种，24 个 SNP 的子集能区分 110 个（76.4%）品种。这表明不同大小的 SNP 子集在品种鉴定中具有不同的应用潜力。

研究结论与讨论

本研究通过 GBS 技术在 144 个柑橘品种中获得了大量高质量 SNP，并筛选出 481 个核心 SNP。这些核心 SNP 能够有效区分柑橘的不同品种，揭示了不同品种间的遗传分化和多样性。研究结果表明，柑橘栽培品种的遗传多样性较低，这与柑橘长期依赖体细胞突变进行育种的实践相符。而种间杂种具有较高的遗传多样性，这为柑橘育种提供了新的遗传资源。

此外，研究生成的四个 SNP 子集在品种鉴定中表现出良好的效果，可用于开发 DNA 条形码系统，辅助传统的 DUS 测试，提高柑橘品种鉴定的效率和准确性。这不仅有助于保护育种者的知识产权，还能加速柑橘新品种的培育和推广，推动柑橘产业的可持续发展。

总体而言，这项研究为柑橘遗传研究和品种鉴定提供了重要的分子工具和理论依据，为解决柑橘产业面临的遗传和品种问题开辟了新的道路，对柑橘育种和品种保护具有重要的指导意义。