莫桑比克及周边南部非洲豇豆(Vigna unguiculata L. Walp.)地方品种蕴含气候适应潜力的遗传位点解析

本研究针对气候变化下非洲小农系统作物适应性不足的问题，通过整合基因组学与气候建模技术，对389份南部非洲豇豆地方品种进行全基因组关联分析，鉴定出36个与温度、降水适应性相关的遗传位点，包括调控开花时间的GIGANTEA同源基因。该研究为挖掘作物气候适应性遗传资源提供了新范式，对提升撒哈拉以南非洲农业韧性具有重要意义。论文发表于《Communications Biology》。

　　

气候变化正对撒哈拉以南非洲的农业系统构成严峻挑战，该地区80%的农业生产依赖小农户经营，而豇豆(Vigna unguiculata L. Walp.)作为耐旱早熟的主粮作物，在保障区域粮食安全中扮演关键角色。然而，气候变化导致的温度上升和降水模式改变，使得现有品种面临适应性危机。尽管非洲豇豆地方品种蕴含丰富的遗传多样性，但其气候适应机制尚未系统解析，限制了育种效率的提升。

由意大利圣安娜高等研究院等机构组成的国际团队在《Communications Biology》发表研究，首次对莫桑比克国家基因库保存的283份豇豆地方品种及周边国家106份资源开展全基因组扫描。研究采用双酶切限制性位点关联DNA测序(ddRAD-Seq)技术获得18,969个高质量SNP位点，结合世界气候数据库(WorldClim)的30年历史气候数据，通过潜在因子混合模型(LFMM)、偏冗余分析(pRDA)和梯度森林(GF)等多维分析方法，揭示了豇豆适应异质气候的遗传基础。

遗传多样性分析
基于2,242个连锁不平衡(LD)修剪SNP的邻接树和主成分分析(PCA)显示，莫桑比克地方品种形成独特聚类(Cluster 3)，其核苷酸多样性(π=0.12)显著低于混合群体(Cluster 1-2, π=0.24-0.28)。结构分析证实存在两大基因池：莫桑比克地方品种群体和包含改良品种的混合群体。

气候适应性关联
通过6个非共线性生物气候变量(bio2昼夜温差、bio3等温性、bio5最热月最高温等)分析，发现36个显著关联位点。其中染色体7上36.7 Mb的LD区块最为关键，该区域包含GIGANTEA(Vigun07g213100.1)及其上下游4个候选基因(NAM、SERK1等)，共同调控光周期响应和开花时间。

未来气候预测
基于SSP5-8.5情景(2041-2060)的基因组偏移分析显示，坦桑尼亚南部和津巴布韦东南部将出现显著适应性失衡，而莫桑比克沿海低地亚湿润区品种表现出较强气候韧性。

该研究首次系统解析了南部非洲豇豆地方品种的气候适应机制，发现开花调控通路的关键基因在适应异质环境中发挥核心作用。GIGANTEA同源基因的鉴定为分子设计育种提供了重要靶点，其通过整合光周期与温度响应通路，可能增强作物对气候波动的缓冲能力。研究建立的"基因组-气候"关联模型为优先保护濒危地方品种提供了科学依据，尤其强调需加强坦桑尼亚和津巴布韦种质资源的收集。这些发现不仅对非洲农业适应气候变化具有实践意义，也为理解作物复杂性状的进化机制提供了新视角。