基于ddRADseq技术的菊苣属作物基因型与系统发育特征研究为未来育种创新奠定基础

本研究通过ddRADseq技术对菊苣属(Cichorium)作物进行全基因组尺度测序，解决了该属物种因表型特征复杂导致的分类学争议问题。研究人员分析了368个基因型的1350个多态性位点，揭示了自交不亲和种(C. intybus和C. spinosum)与自交亲和种(C. endivia和C. pumilum)间的显著遗传分化，并首次报道了栽培菊苣中三裂柱头的形态特征。该研究为菊苣属作物育种策略优化、品种保护和遗传资源保存提供了重要分子依据。

　　

菊苣属作物作为重要的经济作物，其分类学关系长期以来存在诸多争议。传统上主要依靠叶片和花的形态特征进行分类，但这种方法难以区分亲缘关系相近的物种。特别是栽培菊苣(Cichorium intybus L.)和野生近缘种之间复杂的遗传关系，给育种工作和品种保护带来了巨大挑战。随着分子生物学技术的发展，研究者们开始尝试利用DNA标记来解决这些分类学难题，但前期研究多局限于特定品种或少数分子标记，缺乏对整个属的系统性分析。

来自意大利帕多瓦大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了一项开创性研究，采用双酶切限制性位点相关DNA测序(ddRADseq)技术对菊苣属5个物种的368个基因型进行了全基因组尺度分析。研究不仅揭示了该属物种间的系统发育关系，还发现了栽培菊苣中三裂柱头这一新的形态特征，为菊苣属作物的分类、育种和品种保护提供了重要依据。

研究采用了多项关键技术方法：通过显微镜观察对7个不同菊苣样本的花器官进行形态学分析；使用ddRADseq技术对403个个体进行基因组测序，获得平均161.5bp的1.03亿条reads；利用Stacks2软件进行变异检测，筛选出1350个多态性位点；采用多种生物信息学方法（包括PCA、STRUCTURE和最大似然法）分析遗传结构和系统发育关系。

【显微镜观察】研究发现栽培菊苣(C. intybus var. latifolium)和栽培菊苣(C. endivia var. crispum)中同时存在双裂和三裂柱头，这是首次在菊苣属中报道的形态特征。此外，不同物种的冠毛结构存在显著差异，C. endivia和C. pumilum的冠毛较大，而C. intybus的冠毛较小，C. calvum的冠毛最为微小。

【测序与数据集过滤】ddRAD测序产生了1.03亿条reads，平均读长161.5bp，Q20质量值以上的碱基占84.1%。经过严格过滤后，最终获得包含1350个多态性位点和8139个单倍型变异的可靠数据集，覆盖了C. intybus参考基因组的所有9条染色体。

【群体遗传多样性与分化统计】分析显示观察杂合度(Ho)普遍低于期望杂合度(Hs)，表明育种选择导致了特定基因型的固定。物种水平的Fst值高达0.545，证实了显著的遗传分化。染色体图谱显示C. intybus的杂合位点数量明显多于C. endivia。

【遗传结构分析】主成分分析(PCA)将样本清晰地分为两大群：一群包含自交不亲和种C. intybus和C. spinosum，另一群包含自交亲和种C. endivia、C. pumilum和C. calvum。STRUCTURE分析在K=2时将样本分为对应这两大群的两个簇，进一步支持了基于交配系统的分类。

【系统发育关系】最大似然法构建的系统树同样将样本分为两大支：一支包含C. intybus和C. spinosum，另一支包含C. endivia及其近缘种。特别值得注意的是，C. intybus var. foliosum（比利时菊苣）和var. sativum（根用菊苣）显示出密切的遗传关系(GD=0.125)，支持它们具有共同祖先的假说。

该研究通过多角度分析得出了几个重要结论：首先，ddRADseq技术能有效产生高质量的基因分型数据，适用于菊苣属作物的遗传研究；其次，自交不亲和与自交亲和物种间存在显著的遗传分化；第三，栽培菊苣中var. foliosum和var. sativum具有最近的共同祖先；最后，首次报道的栽培菊苣三裂柱头特征为形态分类提供了新依据。

这些发现对菊苣属作物的育种和保护具有重要意义：为品种鉴定和DUS测试提供了分子基础；有助于优化育种策略，特别是对于重要经济性状的标记辅助选择；为遗传资源保护和品种权保护提供了科学依据。研究建立的分子标记体系和获得的系统发育关系，将推动菊苣属作物从传统表型选择向基因组辅助育种的转变，为该作物的遗传改良和可持续利用开辟了新途径。