基于形态学与基因分型测序的Triticum araraticum亚种分类修订及新亚种subsp. hammeri的报道

《Genetic Resources and Crop Evolution》：Triticum araraticum subsp. hammeri subsp. nov

Triticum araraticum Jakubz. 是两种野生四倍体小麦之一（2n = 4x = 28），曾被Dorofeev等人（1979）划分为两个亚种，即T. araraticum subsp. kurdistanicum Dorof. et Migusch. 和T. araraticum subsp. araraticum。近期，对T. araraticum的一项深入研究显示，该物种实际上分化为两个在遗传和核型上明显不同的类群。然而，这种分化与当前的分类学处理并不一致。因此，研究人员评估了形态学数据和基因分型测序（Genotyping-by-Sequencing, GBS）数据，以验证所推断的遗传和核型分组，从而修订T. araraticum及其亚种的分类。分析结果表明，研究人员提出了T. araraticum subsp. araraticum的新界定，并描述了一个新亚种T. araraticum subsp. hammeri。

**Triticum araraticum野生四倍体小麦亚种分类的修订：新亚种subsp. hammeri的确立**

野生四倍体小麦Triticum araraticum（基因组公式GGAtAt）是小麦属中重要的遗传资源，属于Timopheevii组，与驯化四倍体小麦T. timopheevii及六倍体小麦T. zhukovskyi有密切的亲缘关系。历史上，Dorofeev等人（1979）依据形态学特征将T. araraticum划分为两个亚种：subsp. kurdistanicum和subsp. araraticum。然而，这一传统分类体系近年来受到分子和细胞遗传学数据的挑战。Badaeva等人（2022）对四倍体GGAtAt基因库进行了全面的基因组和细胞遗传学多样性研究，发现该物种实际上包含两个遗传和核型上显著分化的野生谱系，即ARA-0和ARA-1，而这两个谱系与Dorofeev的分类并不对应。此外，随着染色体规模基因组资源的发布以及古植物学证据显示“新颖带壳小麦”在史前农业中的重要性，T. araraticum及其近缘种的研究价值和研究兴趣日益增加。同时，T. araraticum还被证实是小麦改良中抗病、品质和抗旱性状的重要等位基因来源。因此，重新审视和修订T. araraticum的种下分类，对于准确描述和保护该物种的遗传多样性、促进其在小麦育种中的应用具有关键意义。

为此，研究人员从Badaeva等人（2022）建立的四倍体小麦种质库（共921份材料）中选取了97份具有完整护照数据、分子标记（Sequence-Specific Amplification Polymorphism, SSAP和/或Amplified-Fragment Length Polymorphism, AFLP）和细胞遗传标记（染色体易位类型、染色体护照数据和/或荧光原位杂交，Fluorescence in situ hybridization, FISH）的T. araraticum基因型，涵盖了ARA-0和ARA-1两组的多样性。在研究方法上，首先于2011年在德国Gatersleben的IPK田间条件下对全部材料进行了56个形态性状的评分；随后在2022年温室条件下，对17份代表性基因型（9份ARA-0和8份ARA-1）重新评估了9个最具区分力的形态性状，以检验这些性状在不同环境下的稳定性。在分子层面，对57份基因型进行了基于基因分型测序（Genotyping-by-Sequencing, GBS）的全基因组单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism, SNP）分析，利用DArTSeq平台和Illumina Hiseq 2500测序。数据通过Kolmogorov–Smirnov检验和Benjamini–Hochberg校正进行统计分析；利用SplitsTree构建NeighborNet网络，并进行主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）；通过SVDQuartets在PAUP*中构建物种树，采用多物种溯祖模型。样本来源包括IPK Gatersleben的联邦外基因库，以及来自土耳其、叙利亚、亚美尼亚、阿塞拜疆等地的采集材料。

**Phenotyping（表型分析）**
通过对2011年田间和2022年温室条件下形态数据的比较分析，研究人员发现ARA-0和ARA-1两个谱系在整体形态上高度相似，但存在少数诊断性性状。在56个性状中，三个性状在统计学上表现出最强的组间差异，即第一叶叶鞘毛被类型（#2）、第一叶叶片毛被类型（#12）和茎节（自下而上第三个）毛被（#23）。其中，第一叶叶片毛被类型是最直观的诊断特征：T. araraticum subsp. hammeri（即ARA-1）通常具有硬毛状叶片毛被，而subsp. araraticum（即ARA-0）通常光滑无毛。2022年的独立实验重复验证了这些性状的稳定性。但研究也指出，这些性状并非完全谱系特异性，环境因素和自然杂交可能导致性状连续变异，因此应结合分子、细胞遗传和地理分布证据综合判断。

**Molecular investigations（分子研究）**
通过重新分析Badaeva等人（2022）的SSAP数据，并结合新增的GBS数据，研究人员发现ARA-0、ARA-1和T. timopheevii三个谱系在系统发育和PCA分析中均清晰分离。SVDQuartets分析显示，T. timopheevii是T. araraticum的姊妹类群，而T. araraticum内部分为ARA-0和ARA-1两个子支。最大简约分析（Maximum Parsimony, MP）所得拓扑结构将T. timopheevii与ARA-0置于同一支，ARA-1作为其姊妹支。这些分子证据明确表明，传统根据Dorofeev（1979）划分的subsp. kurdistanicum和subsp. araraticum在分子聚类中并未分开，形态学分类与遗传关系不符。此外，已有的叶绿体单倍型研究也显示出ARA-0和ARA-1对应不同单倍型，进一步支持两个谱系的独立性。最近的独立全基因组重测序研究也恢复了ARA-1作为独特谱系，并确认其分布局限于土耳其东南部和叙利亚西北部，为本文提出的分类修订提供了强有力的支持。

**Description of T. araraticum subsp. hammeri subsp. nov.（新亚种描述）**
基于上述证据，研究人员将ARA-1谱系命名为新亚种T. araraticum subsp. hammeri subsp. nov. B. Kilian et al.。该亚种的地理分布限于黎凡特北部，即土耳其东南部的Adiyaman、Kahramanmara?、Gaziantep和Kilis省以及叙利亚西北部。其分子标记与AFLP、SSAP、叶绿体和GBS数据均能与subsp. araraticum、T. timopheevii和T. dicoccoides区分。细胞遗传学上，ARA-1具有一组诊断性C带（位于1AtL3、4AtS7、5AtL3、1GL5、2GL7和3GL7+L11）以及特征性FISH信号模式。形态上，其第一叶叶片通常为硬毛状，而subsp. araraticum多为无毛。文中给出了主模式（holotype）和等模式（isotype）标本的存放信息，均保存于德国Gatersleben的IPK标本馆（GAT）。

**New circumscription of T. araraticum subsp. araraticum（新界定）**
研究人员认为ARA-0谱系与T. araraticum的模式类型相符，因此将其界定为T. araraticum subsp. araraticum。该亚种分布广泛，包括土耳其东南部、伊拉克东北部、伊朗西北部、亚美尼亚和阿塞拜疆，在叙利亚西北部罕见。其分子标记也与新亚种及其他种明显不同。细胞遗传学上，ARA-0具有高频率的特征性C带（6AtL3、5GL15和2GL13）。形态上，其第一叶叶片通常无毛，而新亚种则多为硬毛状。同样提供了模式标本信息。

**结论**
本研究确认GGAtAt小麦基因库包含三个主要遗传谱系：野生T. araraticum subsp. araraticum（原ARA-0）、野生T. araraticum subsp. hammeri（原ARA-1）和驯化种T. timopheevii。研究人员将原“ARA-1”谱系描述为新亚种T. araraticum subsp. hammeri subsp. nov.，并对T. araraticum subsp. araraticum给出了新的界定。这一修订整合了形态学、分子标记、细胞遗传学和地理分布的多方面证据，解决了现有分类与遗传事实不一致的问题，为后续该物种的遗传资源保护与育种利用奠定了更准确的分类学基础。