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山药（Dioscorea opposita Thunb.）药食同源但品种混杂。本研究利用 21 个农艺性状和 SNP 标记分析 28 份种质的群体结构与遗传多样性，发现农艺性状变异丰富，筛选到 147,177 个高质量 SNP，群体可分 3 组，遗传多样性较高，为资源利用奠定基础。
山药，这种有着 “神仙之食” 美誉的作物，既是餐桌上的美味，又是中医药宝库中的瑰宝。然而，在其广泛种植和应用背后，却隐藏着种质资源来源复杂、品种混杂的难题。由于缺乏深入的遗传信息解析，传统育种中难以精准筛选优异品种，资源的高效利用受到极大限制。如何揭开山药种质的遗传面纱，理清群体结构与多样性，成为摆在科研人员面前的重要课题。
为破解这一困境，山西农业大学棉花研究所的研究人员开展了一项具有重要意义的研究。他们以全国范围内 28 份中国山药（Dioscorea opposita Thunb.）种质资源为对象，借助单核苷酸多态性（SNP）分子标记结合农艺性状分析，深入探究其群体结构与遗传多样性。这项研究成果发表在《Genetic Resources and Crop Evolution》，为山药种质资源的开发利用打开了新的视野。
研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先，采集样本来自山西、河南、河北等主产区，对每个种质的 5 株健康植株进行叶片采集和 DNA 提取，利用 Illumina NovaSeq 测序平台进行高通量测序（NGS）。通过 Fastp 软件进行数据质量控制，运用 Stacks 软件进行 SNP 位点检测，最终筛选出 147,177 个高质量 SNP。同时，对株型、叶形、块茎性状等 21 个农艺性状进行连续 2 年的观测记录，结合 SPSS 软件进行统计分析和聚类。
农艺性状的多样性分布
对 13 个质量性状和 8 个数量性状的分析显示，农艺性状在不同等级间分布不均，变异丰富。例如，所有材料均为蔓生株型，叶片形状以戟形（60.72%）和心形（32.14%）为主，块茎肉色多为乳白色（85.71%）。数量性状中，珠芽重量变异系数最大（52.95%），单株产量变异系数达 47.81%，表明这些性状具有较大的遗传改良潜力。通过聚类分析，28 份材料在遗传距离 4 处可分为 5 组，不同组群在株型、块茎特征等方面表现出明显差异。
群体遗传结构解析
利用 Admixture 软件进行群体遗传结构分析，当 K=3 时为最佳分组模式，28 份种质被划分为 3 个遗传群体。主成分分析（PCA）显示，前两个主成分（PC1 和 PC2）分别解释 33.82% 和 23.56% 的变异，部分群体个体存在重叠，但整体分布较为分散，表明个体间遗传关系较远。基于最大似然法构建的系统发育树将材料分为 6 个类群，多数类群间遗传边界清晰，但部分个体存在跨分支分布现象，反映出一定的遗传交流。
遗传多样性与分化特征
遗传多样性参数显示，Taigu Zhongyang（pop28）的观测杂合度（Obs Het=0.182）和核苷酸多样性（Pi=0.182）最高，遗传多样性最丰富；Fujian yam（pop11）的观测杂合度（Obs Het=0.029）和核苷酸多样性（Pi=0.022）最低。群体分化指数（Fst）范围为 0.103-0.902，多数材料间存在较高遗传分化，且基因流主要发生在山西省内，提示地理隔离对遗传结构的影响显著。
研究结论与意义
本研究通过农艺性状与 SNP 标记的整合分析，系统揭示了中国山药种质资源的群体结构与遗传多样性。结果表明，山药种质存在丰富的遗传变异，且不同群体间分化明显，这为品种鉴定、遗传图谱构建及分子标记辅助育种提供了重要依据。同时，研究发现的高遗传多样性材料（如 Taigu Zhongyang）可作为优异亲本用于新品种培育，而低多样性材料（如 Fujian yam）则需加强资源收集与保护。此外，山西省内的基因流特征提示，在种质资源管理中需注重跨区域交流，以避免遗传单一化。该研究不仅为山药的遗传改良奠定了理论基础，也为其他无性繁殖作物的种质资源研究提供了方法借鉴，对推动作物遗传资源的高效利用具有重要的科学意义和实践价值。
