二倍体香蕉(Musa spp.)季节性、加性和非加性遗传组分的估计及其在育种中的应用

为解决非洲香蕉产量低、育种效率不足的问题，研究人员针对二倍体香蕉(Musa spp.)开展了遗传组分分析研究。通过全同胞家系设计和克隆模型(BLUP)方法，揭示了产量相关性状以加性遗传效应为主(h2=0.44-0.68)，并证实了首季与宿根季性状的高遗传相关性(r>0.8)。该研究为缩短香蕉育种周期、提高选择效率提供了理论依据。

　　

香蕉作为非洲重要的粮食和经济作物，其产量长期低于亚洲水平（非洲31吨/公顷 vs 亚洲70吨/公顷）。坦桑尼亚作为第二大生产国，产量仅8.8吨/公顷，主要受限于病虫害和品种退化。东非高地香蕉(EAHB)中的二倍体Mchare(AA)因其独特的食用品质成为育种重点，但其狭窄的遗传基础、复杂的倍性障碍和长达3年的评价周期严重制约育种效率。

为解析香蕉数量性状的遗传架构，Violet Akech团队在《Euphytica》发表了突破性研究。研究人员采用6×2因子杂交设计，利用6个雌性Mchare品种与2个野生雄性亲本（Borneo和Calcutta 4）构建9个全同胞家系，获得45个基因型。通过田间克隆重复试验（3区组×3重复）和两季（母株和宿根株）数据采集，结合基于系谱的最佳线性无偏预测(BLUP)模型，首次在香蕉中实现了加性(V_A)、显性(V_D)和上位性(V_I)遗传组分的精确分解。

主要技术方法

1. 1.

   胚胎拯救技术获得杂交后代，流式细胞术验证倍性

2. 2.

   随机完全区组设计，3次重复的田间试验

3. 3.

   两季（植物季和宿根季）14个性状测定，包括产量（单株年产量YLD）、果实（果指重量FW）和农艺性状（株高PH）

4. 4.

   ASReml-R 4.2软件拟合线性混合模型，计算加性/非加性方差组分

5. 5.

   遗传参数估计：广义遗传力(H²)、狭义遗传力(h²)和性状间遗传相关

遗传方差分解

加性效应主导了大多数性状的遗传变异，特别是产量相关性状（V_A占比11.10-1057.40）。果长(FL)和果指重(FW)的加性方差分别达17.13和1057.40，而显性和上位效应仅在株型(PS)和分蘖数(NS)中显著。这一发现颠覆了传统认知，表明通过轮回选择积累有利等位基因比利用杂种优势更有效。

遗传力分析

产量性状表现出高遗传力，其中果围(FC)的H²和h²均达0.68，表明这些性状易通过选择改良。而分蘖数(NS)和生育期(DPF)的低遗传力（H²<0.5）提示环境因素对这些性状影响较大。

季节与基因型互作

种植年份×季节(YP:SP)对株高(PH)等生长性状影响显著（p<0.01），但产量性状受季节波动影响较小，这归因于试验站的灌溉保障。开花季节×年份×周期的交互效应显著影响果围(FC)和株径(PG)，表明物候异步性需在育种中重点考量。

性状相关性

首季与宿根季的产量性状呈现极显著正相关（BW的r=0.80，FW的r=0.94），这意味着早期选择可行，可缩短育种周期2年以上。果指重(FW)与单株产量(YLD)遗传相关达0.99，证实果实大小是理想的间接选择指标。

讨论与意义

该研究首次在二倍体香蕉中量化了加性效应对产量性状的主导作用（占遗传变异的53-92%），为优化Mchare育种策略提供了分子依据。通过证明首季数据可预测宿根季表现（r>0.8），研究人员提出可摒弃传统需3年的评价体系，使育种周期缩短40%。建立的克隆模型为其他无性繁殖作物遗传分析提供了范式，而高遗传力性状的鉴定（如FC h²=0.68）将显著提升选择响应。

这项研究不仅解决了香蕉育种中周期长、效率低的痛点，其方法论更可推广至木薯、甘蔗等克隆繁殖作物。未来结合基因组选择(GS)技术，有望实现从"经验育种"到"精准设计育种"的跨越，为热带作物遗传改良开辟新途径。