基于表型与基因组数据开发用于辣椒属物种鉴定的高信息量SNP标记

本研究针对辣椒属物种传统形态学鉴定存在特征重叠和种间杂交干扰的问题，通过整合花冠颜色表型数据和全基因组关联分析（GWAS），开发出一套包含6个高特异性SNP标记的分子鉴定体系。该标记组在333份独立验证种质中实现95.6%-100%的分类准确率，成功对50份未分类种质进行物种鉴定，为辣椒种质资源管理和育种提供了可靠工具。

　　

辣椒作为茄科重要经济作物，其准确物种鉴定是种质资源保护、育种工作和分类学研究的基础。然而，辣椒属物种间存在显著的形态特征重叠和频繁的种间杂交现象，使得传统依赖花冠颜色、果实形状等形态学指标的鉴定方法可靠性受限。尤其当遇到表型可塑性或杂交后代时，单纯依靠形态特征极易导致误判，这给种质资源库的管理和育种材料的选择带来巨大挑战。

为解决这一难题，韩国农业科学院国家农业生物多样性中心的研究团队开展了创新性研究。他们巧妙利用花冠颜色这一显著表型特征作为引导，通过全基因组关联分析筛选出具有物种区分能力的单核苷酸多态性（SNP）标记，最终建立起一套高效的分子鉴定系统。这项研究成果发表在《Science of The Total Environment》上，为辣椒属物种鉴定提供了新的技术方案。

研究人员主要采用了基因分型测序（GBS）技术对316份辣椒种质进行全基因组SNP筛查，利用混合线性模型（MLM）进行全基因组关联分析，通过等位基因频率差异（ΔAF）和固定指数（F_ST）筛选特异性标记，并开发 kompetitive等位基因特异性PCR（KASP）分型技术进行验证应用。

研究结果方面：

3.1. 表型特征分析显示，花冠颜色在不同辣椒物种中呈现明显差异：C. annuum 93.56%为白色，C. baccatum 全部为白色带黄/绿斑点，C. chinense 和 C. frutescens 主要以淡绿色为主（分别占95.56%和91.30%），C. chacoense 则全部为白色。这种颜色分布模式为后续分子标记开发提供了表型依据。

3.2. 基因分型测序共获得6.08亿条 reads，平均测序深度15.2×，鉴定出31,614个高质量SNP，均匀分布在12条染色体上，为后续分析提供了充分的遗传变异数据。

3.3. 群体结构分析显示最佳分组数K=5，主成分分析（PCA）前三个主成分分别解释40.97%、21.41%和6.12%的遗传变异，系统发育树明显按物种聚类，证实了遗传背景与物种分类的一致性。

3.4. 全基因组关联分析筛选出82个与花冠颜色显著相关的SNP，从中精选出4个核心标记，并额外补充2个标记，最终形成6个SNP标记组合。这些标记在等位基因频率和固定指数方面表现出极强的物种区分能力（ΔAF ≥ 0.889 或 F_ST ≥ 0.8）。

3.5. 标记验证结果表明，在333份独立验证材料中，该标记组对C. annuum、C. baccatum、C. chinense、C. frutescens 和 C. chacoense 的分类准确率分别达到95.58%、100%、98.51%、96.31%和100%。同时成功对50份未分类种质进行了准确鉴定，其中多数被鉴定为C. annuum，少数为C. baccatum和C. chinense。

研究结论与讨论部分强调，虽然花冠颜色是辣椒属物种鉴定的重要表型特征，但其易受环境因素和杂交影响，存在局限性。本研究开发的6个SNP标记组提供了可靠的分子鉴定手段，能够有效克服形态学鉴定的不足。这些标记不仅具有高准确性和特异性，而且通过KASP技术实现了低成本、高通量的应用，非常适合种质资源库的日常管理和育种工作中的物种鉴定。

值得注意的是，研究中发现的少量分类困难材料很可能源于种间杂交或遗传相似性，这表明在极端情况下可能需要结合更多标记或辅助形态学观察进行综合判断。该研究建立的分子鉴定体系为辣椒属种质资源的精准管理、育种材料的选择和物种进化关系研究提供了重要技术支撑，对促进辣椒遗传资源的保护和利用具有重要意义。