通过诱导诱变增强阿拉比卡咖啡（Coffea arabica L.）遗传多样性：从表型变异到稳定遗传

为解决阿拉比卡咖啡遗传基础狭窄、育种周期长等问题，研究人员通过EMS（乙基甲烷磺酸盐）和γ射线诱变技术，系统研究了不同剂量诱变剂对咖啡种子萌发、植株生长及生殖性状的影响。研究发现γ射线诱导的矮化、叶形变异等表型可稳定遗传至M2代，而EMS处理虽表型温和但能显著提高后代变异频率。该研究为拓宽咖啡遗传多样性提供了新策略，对应对气候变化下的咖啡产业挑战具有重要意义。

　　

在全球咖啡产业中，阿拉比卡咖啡（Coffea arabica L.）因其卓越的风味占据70%市场份额，但其遗传基础狭窄、育种周期长达30年等问题严重制约品种改良。气候变化加剧了咖啡生产的脆弱性，咖啡叶锈病每年造成20亿美元损失，而传统育种难以快速应对这些挑战。国际原子能机构（IAEA）植物育种与遗传实验室的研究团队通过化学诱变剂EMS和物理诱变剂γ射线，首次系统评估了诱变技术在多年生木本作物中的应用潜力。

研究采用Venecia品种种子，设置EMS（0.2%-6%）和γ射线（20-350 Gy）梯度处理，通过长期监测M₁代植株生长、开花及M₂代表型，结合数字成像和主成分分析（PCA）等技术创新性地揭示了诱变效应。

3.1 诱变剂对种子萌发和幼苗生长的差异影响
低浓度EMS（0.2-2%）促进种子萌发，而高浓度（4-6%）和γ射线（>100 Gy）显著抑制。γ射线处理的幼苗出现叶形畸变等稳定表型，且50 Gy诱导的矮化植株比例达3%。

3.2 成熟M₁植株的生长特性变异
γ射线（50 Gy）显著降低植株高度（86.32 cm vs 对照100.69 cm），并诱导35%植株产生小叶、卷曲等叶形变异。EMS处理植株则保持与对照相似的生长形态。

3.3 生殖性状的诱变效应
γ射线（50 Gy）使开花时间提前至141周（对照155周），但导致M₂种子不育率升高；而6% EMS处理虽延迟开花至172周，却使单株浆果数增加至17.7个（对照2.5个）。

3.4 表型变异的多元分析
PCA显示γ射线处理贡献了85.06%的表型变异，显著高于EMS。叶面积指数（0.9042）和开花时间（0.977）是主要变异驱动因子。

3.5 M₂代的遗传稳定性
M₂幼苗中出现心形叶（EMS诱导）和披针形叶（γ射线诱导）等新表型，证实诱变性状的可遗传性。其中5%的M₂个体呈现明显变异，符合孟德尔分离规律。

这项研究首次证实EMS和γ射线诱变能在多年生咖啡中产生稳定遗传的农艺性状。γ射线更易诱导可见表型变异，而EMS在分子水平产生更丰富的隐性突变。研究者建议采用20-50 Gy γ射线或0.5-6% EMS的剂量组合，以平衡变异频率与植株育性。该成果为咖啡抗逆育种提供了突变体库资源，结合CRISPR-Cas等基因编辑技术，有望加速培育适应气候变化的咖啡新品种。论文发表于《Current Plant Biology》，为木本作物诱变育种树立了新范式。