普通菜豆(Phaseolus vulgaris L.)荚果与种子性状的遗传多样性分析及其在育种中的应用

本研究针对普通菜豆种质资源，通过评估50个基因型在荚果和种子性状上的遗传变异，揭示了关键农艺性状的高遗传力特征。研究人员采用相关性分析、回归模型和主成分分析(PCA)，鉴定出种子长度(SL)和厚度(ST)是决定25粒种子重量(25-SW)的关键预测因子，并筛选出HUR-79等5个优异基因型。该研究为菜豆高产优质育种提供了理论依据和亲本材料，成果发表于《Discover Plants》。

　　

作为全球重要的植物蛋白来源，普通菜豆(Phaseolus vulgaris L.)因其20-25%的高蛋白含量被称为"穷人的肉类"。然而，其产量和品质受限于有限的遗传改良研究，特别是在印度恒河平原等特定生态区。当前生产面临的核心问题包括：关键农艺性状的遗传机制不明确、高产优质种质资源匮乏，以及传统育种方法效率低下。

针对这些问题，印度巴纳拉斯印度大学农业科学研究所的研究团队开展了系统性研究。通过对50个菜豆基因型在两个拉比季节(2022-23和2023-24)的田间试验，研究人员综合运用了多维度分析方法：采用随机区组设计评估8个数量性状（包括荚果长度、种子厚度等）；通过Bartlette检验确保数据同质性；利用R-studio计算遗传变异参数（GCV、PCV等）；建立逐步回归模型解析性状关联；结合Ward's D²方法和PCA进行遗传多样性分析。

3.1 数量性状的遗传变异性
研究发现25-SW表现出最高遗传变异(GCV=13.46%)，且具有高遗传力(h²=78.23%)和遗传进展(24.52%)，表明该性状受强加性基因效应控制。种子长度(SL)和宽度(SW)的遗传力超过83%，证实这些性状在育种中的可选择性。值得注意的是，单株荚果数(NPP)呈现低遗传力(33.83%)，提示其易受环境因素影响。

3.2 荚果和种子性状关联
相关性分析揭示25-SW与种子形态性状存在极显著正相关（r=0.61-0.70）。引人注目的是，逐步回归建立预测方程：25-SW=-9.43+(0.64×SL)+(1.88×ST)，该模型可解释76%的表型变异。标准化β系数显示SL(0.66)和ST(0.46)是核心决定因子，为分子标记开发提供了靶点。

3.3 主成分分析与遗传分歧
PCA分析提取的前三个主成分累计贡献率达81.53%，其中PC1(42.10%)主要由种子形态性状驱动。通过Ward's方法将种质划分为4个聚类，其中第II簇包含18个基因型，显示出最大的组内异质性。研究筛选出HUR-431（25-SW最高达12.50g）等5个突出基因型，其种子长度(16.71mm)和厚度(5.89mm)均显著优于群体平均水平。

该研究首次系统解析了印度恒河平原生态条件下菜豆种质的遗传架构。发现的SL-ST协同效应模型为高产育种提供了量化选择标准，而鉴定的优异种质可直接用于杂交计划。特别值得注意的是，种子厚度(ST)作为新兴育种指标被首次强调，弥补了传统仅关注种子长度的局限。这些成果对实现联合国可持续发展目标中"零饥饿"的植物蛋白供给具有实践意义，也为其他豆科作物的遗传改良提供了方法学参考。