《Biology》:Deciphering the Origins of Commercial Sweetpotato Genotypes Using International Genebank Data
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本研究通过SSR分子标记与形态学性状分析,结合国际马铃薯中心(CIP)全球种质资源库数据,系统鉴定了巴西主要甘薯产区的37份地方品种基因型。研究发现广泛种植的“Canadense”品种与南非栽培种‘Blesbok’遗传高度匹配(Jaccard相异度<0.05),为品种合法注册与商业化提供了分子依据;同时首次揭示塞尔希培州“白皮甘薯”为未收录CIP的独特地方种质。该研究为甘薯品种溯源、种质资源保护及育种亲本选配提供了关键技术支撑。
引言
甘薯作为美洲原产的重要粮食作物,因其营养丰富且适应性强,在全球范围内被广泛种植。然而,其易于通过插条(cuttings)进行无性繁殖的特性,导致品种在长期栽培过程中易出现混杂与误认,进而影响品种溯源与商业化生产。巴西作为甘薯多样性中心,多数地方品种未在农业部正式注册,制约了产业链规范化发展。为解决该问题,本研究联合巴西农业研究公司与国际马铃薯中心,通过整合分子标记与形态学数据,对巴西四大主产区的甘薯资源进行系统鉴定。
材料与方法
样本收集与处理
研究共收集37份样本,涵盖巴西联邦区、圣保罗等四大产区的地方品种及11个Embrapa保存品种。所有样本均通过茎尖分生组织培养进行病毒清除,并针对SPFMV、SPCSV等10种常见病毒进行ELISA检测,确保后续分析不受病原干扰。
DNA提取与SSR分析
采用CTAB法提取叶片DNA,选取19个多态性高、重复性好的SSR位点进行扩增。PCR产物通过LI-COR 4300全自动分析系统进行毛细管电泳,等位基因以二进制(存在/缺失)记录。为提升准确性,针对多倍体物种特性,采用EM算法校正等位基因频率,并计算Nei基因多样性指数与多态性信息含量。
数据整合与形态学验证
将37份样本的SSR数据与CIP全球库中5979份种质进行Jaccard相异度聚类分析,阈值设定为0.05以判定重复基因型。同时,在Embrapa实验站开展田间形态学评价,包括叶型、块根色泽等27项性状,与CIP数据库进行比对验证。
结果与讨论
SSR标记的有效性
19个SSR位点共检测到156个等位基因,平均每位点8.21个。Nei基因多样性指数为0.80,PIC值达0.77,表明标记系统具备高分辨力。通过逐步添加位点分析发现,11个核心SSR位点即可实现95%的基因型区分效率,其中IBS28、IBS139等位点贡献率最高。
品种溯源关键发现
分子聚类显示,巴西主栽品种“Canadense”与CIP保存的南非品种‘Blesbok’遗传轮廓高度一致,Jaccard相异度低于0.05。形态学比较进一步证实二者在块根色泽、叶形等性状上完全吻合,解决了长期以来的品种身份争议。这一发现为“Canadense”在巴西的品种注册与商业化推广提供了直接证据。
地方种质资源的新颖性
来自塞尔希培州的“白皮甘薯”类群未与任何CIP已知种质聚类,其块根皮色呈白色至深奶油色,肉质色泽存在细微分化,叶型特征亦具独特性。这表明巴西部分地区仍存在未被国际基因库收录的独特遗传资源,需加强保护与备份。
技术路线与应用前景
本研究通过“病毒清除+SSR分型+形态学验证”三联法,建立了甘薯品种鉴定的标准化流程。该方法可有效区分同名异物或同物异名品种,为种子质量监管、品种权保护提供技术支撑。此外,筛选出的高鉴别力SSR位点组合,可为未来甘薯育种中的亲本选配及分子标记辅助选择提供优化方案。
结论
综合分子与形态学证据,本研究明确了巴西主栽甘薯基因型的起源,其中“Canadense”与南非品种‘Blesbok’的同一性鉴定为品种合法化奠定基础;同时揭示了塞尔希培州地方资源的独特性,呼吁加强本土种质资源保护。研究成果为甘薯产业链的标准化与国际化提供了关键数据支持。