《Discover Plants》：Advancing DUS characterization of neem through systematic gap analysis and setting future research priorities
编辑推荐：
印度楝（Azadirachta indica A. Juss.）是一种具有农业、药用、杀虫及工业多重用途的树种。对印度楝衍生产品需求的日益增长，尤其是用于印度楝包膜尿素的印度楝油，推动了遗传改良计划的发展，以培育具有更高产量和生化性状的优良种植材料。在此背景下
印度楝（Azadirachta indica A. Juss.）是一种具有农业、药用、杀虫及工业多重用途的树种。对印度楝衍生产品需求的日益增长，尤其是用于印度楝包膜尿素的印度楝油，推动了遗传改良计划的发展，以培育具有更高产量和生化性状的优良种植材料。在此背景下，森林研究所（FRI），德拉敦，与印度农民化肥合作有限公司（IFFCO）合作，发布了六个优良印度楝品种，其特征为早花早果，含油量介于35.44%至43.51%之间，印楝素含量介于6047至9760 ppm。此类改良品种的开发和发布，要求进行可靠且标准化的特异性、一致性和稳定性（DUS）性状鉴定，以支持其识别、注册和法律保护。然而，由于印度楝多年生生长习性、延长的幼年期、表型可塑性以及环境对形态性状的影响，DUS测试在印度楝中的应用面临挑战。本系统综述综合了印度楝DUS性状鉴定的现有信息，并批判性地审视了用于品种识别的形态学、数量性状、伪质量性状和生化描述符。综述指出现有描述符框架的局限性，并强调跨环境和发育阶段进行系统验证的必要性。重要的是，本综述将印度楝DUS性状鉴定置于品种开发的最新进展背景下，并考虑其在育种、种质资源鉴定、保护和品种保护中的更广泛用途。基于识别的差距，研究提出了优先方向，以完善和验证现有描述符，并在适当情况下整合形态学、生化和分子信息，为未来印度楝改良和品种管理建立稳健且标准化的DUS框架。
1 引言
印度楝（Azadirachta indica A. Juss.）是楝科（Meliaceae）的重要成员，是生长于印度次大陆的多用途树种。印度楝为耐旱树种，在多数条件下呈常绿特性，但在极端干旱期可能落叶。印度楝天然分布于热带和亚热带地区，可生长至20米高，并能适应干旱条件。印度楝种仁含18%至25.4%粗蛋白、40%至50%油脂及0.3%至1.5%印楝素。印度楝种仁油含有超过100种活性化合物，即柠檬苦素类化合物或三萜类化合物，其中包括作为重要生物杀虫剂并应用于制药工业的印楝素。
尿素（含氮46%）因其经济性是最广泛使用的氮肥，但大量氮素损失降低了其效率并导致环境退化。缓释制剂，包括印度楝包膜尿素，有助于减缓尿素快速水解、延长氮素可利用性并提高氮素利用效率。印度政府2015年决定推广100%印度楝包膜尿素后，印度楝油需求显著增加。为应对优质印度楝油需求，森林研究所（FRI）与印度农民化肥合作有限公司（IFFCO）合作，对印度楝种质资源进行了系统选择、筛选和子代评价，最终发布了六个改良印度楝品种。为保障这些遗传增益并支持商业种子认证，迫切需要制定DUS测试规程。根据《植物品种保护和农民权利（PPV&FR）法》的特殊制度框架，DUS性状鉴定是授予植物育种者、研究机构和农民知识产权的强制性法律要求。标准化DUS描述符不仅能记录诊断性形态和生化性状以确立品种身份，还能促进种质分组、基因库管理和未来育种计划中亲本系的选择。
2 综述方法
本系统综述遵循PRISMA 2020指南，利用Crossref、PubMed、Scopus、Google Scholar和Semantic Scholar等在线数据库，检索2000年1月至2026年3月间发表的相关研究。主要检索字符串采用自由文本术语与布尔运算符组合，包括"Azadirachta indica OR Neem" AND "Breeding OR Tree improvement"，次要检索字符串为"DUS descriptors" AND "Agroforestry OR Germplasm" OR Phytochemistry。共识别1267条记录，去重后筛选1030条，820篇全文文章进行合格性评估，最终142项研究符合预定选择标准，纳入最终定性综合。由于数据异质性较大，未进行定量荟萃分析，而是通过结构化定性主题方法辅以文献计量网络分析进行证据综合。
3 植物品种保护体系：全球与印度背景
植物品种保护（PVP）为认可和保护改良植物品种提供了法律框架。国际层面，1961年成立的新植物品种保护联盟（UPOV）为品种保护提供了共同框架，特异性、一致性和稳定性（DUS）构成品种识别和保护的基本标准。DUS测试确保候选品种能与现有品种可靠区分、表现出充分的一致性并在连续世代中保持其定义性特征。印度通过2001年《植物品种保护和农民权利（PPV&FR）法》采用了特殊制度体系，在认可农民和育种者贡献的同时提供新植物品种保护。该框架的基本原则包括：特异性、一致性、稳定性和新颖性。此外，印度林业研究与教育理事会（ICFRE）已建立批准指南，用于树木品种和无性系的测试与发布。
4 树木品种DUS性状鉴定及其与印度楝的相关性
将DUS测试应用于多年生树种比一年生作物更具挑战性，因为树木通常具有较长的幼年期、延长的世代周期以及环境对形态性状的显著影响。因此，可靠的DUS性状鉴定需要描述符在跨环境和发育阶段中具有足够的特异性、稳定性和可重复性。这些挑战与印度楝尤为相关，其环境可塑性、异花授粉特性和遗传异质性可能使稳定品种差异的识别和一致性评估复杂化。
5 树木物种DUS性状鉴定的挑战——以印度楝为重点
5.1 长幼年期与测试持续时间
树木延长的幼年期和长世代周期延迟了DUS评估所需稳定形态性状的表达，使得测试可能持续数年且资源密集。未改良印度楝种源通常需四至五年结果，而FRI-IFFCO选系可在两至三年内开花结果。依赖成熟果实和种子的描述符在第三年前无法评分，两个独立的可比结果生长周期将完整测试延长至五年以上。早熟性本身是已发布材料最具价值的区分特征，但通知清单中无描述符记录首次开花年龄、开花持续期或结果持续期。
5.2 经济重要性状的环境调控
气候、土壤和管理改变表型表达，候选品种间的差异可能是环境性的而非遗传性的。印度楝是印楝素含量在印度各产地间变化数倍的典型案例，来自泰米尔纳德邦和卡纳塔克邦的种子和油脂性状差异显著，多区域评估显示种子和生化性状对不同农业气候区响应强烈。常绿习性本身是有条件的：极端干旱期会落叶，这意味着基于叶片的描述符（24个通知性状中的8个）仅在限定的季节窗口和无严重干旱的年份可评分。FRI-IFFCO子代试验因此建立在三个对比地点，因为单点数据无法区分基因型与环境。
5.3 异交、异质性与一致性的含义
许多树种以异交为主且遗传异质，使注册所需的一致性难以实现。印度楝为虫媒授粉且以异交为主。对开放授粉种子后代的一致性评估衡量的是繁殖系统而非品种本身，而对无性繁殖材料的一致性评估则由繁殖方法保证。合理的印度楝规程必须说明每个候选品种以何种繁殖类型提交，并分别定义种子和无性系提交的异型容忍限度和样本量。
5.4 参考收集、示例品种和测试设施的缺乏
通知指南为表达状态赋值但未指定示例品种，因此审查员没有物理或照相标准来评分"半直立"习性或"中等"含油量。尚无中心被指定在木本多年生测试所需的三个或更多生长周期内维护国家印度楝参考收集。在指定示例品种和整理参考收集之前，描述符清单无法在不同中心的不同审查员间可重复应用。
6 印度楝性状表达状态
植物性状根据表达分为三类：质量性状、数量性状和伪质量性状。根据印度楝DUS指南，数量性状（10个）、质量性状（4个）和伪质量性状（7个）被纳入评估。FRI在Kalol、Tikamgarh和Rajsamand三地建立了子代试验，采用随机区组设计，在三个独立生长周期中对65个基因型进行了DUS性状评估。
7 印度楝次生代谢物的遗传基础
印度楝在重要柠檬苦素类化合物浓度上表现出显著遗传变异，尤其是印楝素、印楝素和沙兰宁。印楝素具有最强的遗传控制和遗传力证据。子代研究报道了总印楝素及其组分的高遗传力和显著遗传增益。与印楝素相比，印楝素和沙兰宁的遗传力直接估计仍然有限。这些代谢物在形态性状不足以区分密切相关优良品种时，可作为特别有价值的补充描述符。
8 当前印度楝DUS性状鉴定的差距与未来研究优先方向
8.1 描述符的可靠性、可重复性和验证
现有印度楝描述符系统的主要局限在于各描述符的区分价值和稳定性尚未在多样遗传背景、环境和发育阶段中得到充分验证。需要量化每个描述符的可重复性、遗传力和区分能力，并识别高度信息丰富性状的最小核心集。
8.2 基因型×环境互作与表型稳定性
多地点和多年度数据集应使用方差分量、基因型稳定性统计和G×E互作模型进行分析，以区分遗传稳定描述符与环境响应性状。高环境敏感性性状除非其表达可通过明确的环境和发育条件可靠标准化，否则不应作为主要诊断描述符。
8.3 加强数量和伪质量性状表型鉴定
应建立标准化规程，定义植物发育阶段、观察次数、测量部位、取样位置、测量单位和生物学重复数。连续测量可保留用于统计分析，随后在适当情况下转换为标准化表达状态。
8.4 分子描述符和基因组资源的整合
DNA方法可通过提供受环境条件直接影响较小的基因型水平信息来补充基于表型的DUS测试。未来工作应研究SNP、SSR和其他全基因组标记在建立遗传身份、评估候选品种间遗传关系和构建优良印度楝种质参考数据库中的应用。
8.5 数字表型和基于图像的性状鉴定
数字表型和图像分析可提高DUS观察的客观性、精确性和可重复性。数字图像可用于量化叶面积、小叶形状、长宽比、果实尺寸、冠层结构等。应开发标准化图像采集规程，并测试图像衍生变量是否比传统视觉评分提供更高的可重复性和品种区分度。
8.6 走向综合且基于证据的印度楝DUS框架
当前印度楝DUS框架的主要局限不在于缺乏潜在有用的性状，而在于缺乏系统证据来确定哪些描述符是稳定、可区分、可重复且充分独立于环境变异的。现有描述符应作为层级系统而非无差别清单进行评估。当前研究努力将有助于验证现有形态描述符、量化G×E互作、标准化测量和评分规程以及评估经济重要性生化性状的稳定性和区分价值。
9 结论
印度楝是具有经济和生态重要性的多用途树种，改良种质的扩展强调了可靠DUS性状鉴定的必要性。本综述识别了加强现有框架的具体优先方向，包括多地点多年度验证、描述符稳定性和区分能力的定量评估、标准化表型鉴定规程以及经济重要性生化性状的审慎评估。分子标记、基因组资源和数字表型为改善品种识别和可追溯性提供了有前景的补充方法。稳定形态描述符与经过验证的生化、分子和数字信息的循证整合，可为印度楝提供更稳健且面向未来的DUS框架，在品种保护、育种、种质资源鉴定、保护和改良种植材料的可持续部署中具有更广泛的应用。
