基于单核苷酸多态性的DNA指纹分析及马铃薯基因型的形态学特征鉴定

《Ecological Genetics and Genomics》：SSR-based DNA fingerprinting and morphological characterization of potato genotypes

　　

摘要

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是全球第三大重要的主食作物。分析遗传多样性对于马铃薯育种计划至关重要，有助于识别不同的亲本组合并提高遗传增益。本研究通过形态特征和基于简单序列重复（SSR）的分子标记，评估了来自西孟加拉省的20个流行马铃薯基因型。共使用了34个形态特性和12个SSR标记来评估表型和遗传变异。利用Jaccard相似性系数的系统发育树将基因型分为不同的簇，结果显示K. Chandramukhi和P-53之间的差异最大，其多样性为53%。SSR分析鉴定出12个位点上的72个等位基因，其中标记Pg4的多态性信息含量（PIC）最高，为0.46。Mahalanobis D²分析将基因型分为8个簇，块茎长度对观察到的差异贡献最大（41.57%）。Mantel检验表明表型距离矩阵和分子距离矩阵之间没有显著相关性（r = 0.02，P > 0.05）。数据集分析表明，K. Chandramukhi × P-53和K. Pukhraj × C-11-5-Sona是一对具有较大差异的亲本组合，值得进一步研究。标记Pg1和Pg4有助于这一种质的指纹鉴定和身份验证。这项研究为地区性育种计划提供了重要发现，旨在培育适合西孟加拉农业气候条件的短周期、高产马铃薯品种。

引言

马铃薯（Solanum tuberosum L.）是继小麦和水稻之后全球第三大重要主食作物（Ortiz等人，2017年；Haverkort等人，2023年）。在种植面积方面，印度紧随中国和俄罗斯之后，是仅次于中国的第二大马铃薯生产国（Singh和Sandhu，2023年）。马铃薯是一种营养丰富（Gibson和Kurilich，2013年）且经济效益高的经济作物（Scott等人，2020年），能够适应多种环境条件（Vreugdenhil，2007年）。栽培的马铃薯主要是四倍体（2n = 4x = 48），而在秘鲁和玻利维亚，五倍体（2n = 5x = 60，S. curtilobum）物种也被作为高山本地马铃薯进行栽培（Tolentino-Dextre等人，2025年）。马铃薯有超过100种野生亲缘种，具有不同的倍性水平（Nicolao等人，2023年），全球已发布了超过4000个品种（Tillault和Yevtushenko，2019年）。尽管有大量的种质资源，但大多数栽培马铃薯品种的遗传基础较为狭窄，这主要是由于育种工作主要集中在改进农艺性状上（Ruiz de Arcaute等人，2022年；Rahman等人，2022年）。因此，准确区分不同品种对于支持种子生产、保护知识产权以及促进马铃薯品种的商业化至关重要。

使用选定的PPV&FRA描述符进行形态特征分析是品种鉴定和变异分析的常用方法（Cooke，1999年；Singh，2008年；Tessema等人，2022年；Xiao等人，2023年）。在田间试验中，新品种与现有品种在适宜的环境条件下共同种植，并监测植物生长不同阶段的特定形态特征。然而，这种方法耗时且成本较高，且表型标记在不同环境条件下可能会发生变化（Chimote等人，2004年）。为了解决这个问题，引入了像分子标记系统这样的稳定且不受环境影响的马铃薯品种鉴定方法（Bered等人，2005年；Govindaraj等人，2015年）。

微卫星或简单序列重复（SSR）已被成功用于马铃薯品种的基因组指纹识别、遗传多样性和系统发育分析（Ghislain等人，2009年；Torabi-Giglou等人，2015年；Tillault和Yevtushenko，2019年）。SSR具有高度多态性和共显性，能够准确识别遗传变异。此外，用于SSR标记的引物序列通常在相关物种之间保守，确保了其在不同遗传背景下的适用性（Karaagac等人，2014年）。与显性标记系统相比，SSR标记具有额外的优势，如高杂合度、能够反映马铃薯的倍性状态等。其广泛应用的原因包括在基因组中的随机分布、高水平的多态性、易于使用、结果清晰可重复、操作成本低、兼容自动化以及能够处理低质量DNA样本（Yang等人，2015年；Bali等人，2017年；Jian等人，2017年）。

精确的遗传区分对于有效的育种、品种保护和商业化至关重要。本研究探讨了适应西孟加拉独特农业气候条件的马铃薯基因型，该地区的冬季较短，限制了传统的马铃薯育种。这项研究遵循了基于SSR的DNA指纹识别和使用选定的PPV&FRA描述符进行形态特征分析的方法，特别是由ICAR-CPRI等国家级机构进行的遗传多样性分析。

本研究旨在通过使用选定的PPV&FRA描述符和基于SSR的分子标记，评估本地优选马铃薯品种的遗传多样性，并确定合适的亲本组合。重点在于识别对开发具有消费者偏好性状的短周期、高产品种有用的标记。

章节摘要

植物材料和田间试验

从印度西孟加拉邦的全国马铃薯协调研究项目（AICRP）和Bidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya（BCKV）收集了20个马铃薯基因型（见补充表1）。在全文中，“Kufri”一词缩写为K，并作为马铃薯基因型名称前的前缀。田间试验在BCKV的Jaguli教学农场进行。2021年Rabi季节（冬季）将每个基因型的切块茎播种。这些基因型没有进行重复实验。

根据表型特征，K. Chandramukhi与P-53之间的亲缘关系最为遥远，多样性为53%。P-53与K. Ganga和K. Khyati的多样性均为52%；与K. Jyoti的多样性为48%。Chipsona-3与P-53的多样性为40%。K. Lalit、K. Nilkantha和P-53被分到一个单独的簇中。K. Nilkantha与K. Lalit的多样性为31%，与P-53的多样性为35%。K. Lima、K. Lalima、K. Jyoti等……

根据形态特征，K. Chandramukhi与P-53之间的亲缘关系最为密切。进一步通过Mahalanobis D平方分析，Chipsona-3、K. Lalima、K. Surya和P-53在数量性状方面表现出最大的多样性，而K. Mohan、Chipsona-4和K. Gaurav的差异最小。在育种中使用这些远缘基因型可以提高获得优良分离株的机会。

Aditya Pratap Singh：写作 – 审稿与编辑，统计学分析。Sutanu Sarkar：写作 – 审稿与编辑，方法学设计。Avijit Mukherjee：写作 – 初稿撰写，数据收集与整理。Mehdi Rahimi：写作 – 审稿与编辑。Somnath Bhattacharyya：写作 – 审稿与编辑

Govindaraj等人，2014年；Mahalanobis，1936年；Mantel，1967年；RStudio，2020年。

植物材料来自印度西孟加拉邦的全国马铃薯协调研究项目和Bidhan Chandra Krishi Viswavidyalaya。田间试验按照机构指南在BCKV进行，不需要额外的伦理批准。

不适用。

不适用。

不适用。

作者声明没有利益冲突。

数据可根据请求提供。

? 作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。