《Plant Molecular Biology Reporter》：Phenological, Pomological, and Molecular Characterization of Capuli (Prunus serotina Ehrh.) Accessions from the INIAP-Ecuador National Germplasm Bank for Breeding Purposes
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本研究针对具有育种潜力的厄瓜多尔本土树种卡普利（Prunus serotina Ehrh.）种质资源系统性评估不足的问题，对INIAP国家种质资源库的60份种质进行了原位形态农艺性状和分子标记（SSR）的综合表征。研究发现不同地理来源的种质在关键果实性状（如果实重量、直径、可溶性固形物含量）和花部性状上存在显著区域分化，并鉴定出三个主要遗传群体，揭示了其丰富的表型和遗传多样性，为卡普利优良品种选育提供了重要的理论基础和种质资源。
在安第斯山脉的传统农林系统中，生长着一种名为卡普利（Capuli）的树木，其学名为Prunus serotina Ehrh.。这种植物结出深紫色的小果实，风味宜人且富含营养和抗氧化物质，近年来因其作为功能食品和特色水果的潜力而受到越来越多的关注。然而，与同属的桃、李、杏、甜樱桃等经过数十年广泛育种改良的物种相比，卡普利仍属于未充分开发利用的物种。在厄瓜多尔，卡普利在地方和区域市场中展现出潜力，但其遗传资源尚未得到系统性的表征，也缺乏系统的育种计划来选育符合商业标准的优良品种。这种信息的匮乏严重制约了优良单株的选择和优良品种的培育。为了解决这一知识空白，并为其育种策略提供科学依据，一项整合形态农艺学和分子生物学技术的综合评价显得至关重要。
本研究旨在对保存在厄瓜多尔INIAP国家种质资源库中的60份卡普利种质进行综合的原位形态农艺学和分子表征。具体目标是评估通过数量和质量性状体现的表型多样性，并利用SSR分子标记确定群体的遗传结构。
为开展研究，研究人员主要应用了以下关键技术方法：首先，对来自厄瓜多尔五个省份的60份卡普利种质进行了30项表型性状（包括营养器官、花器和果实性状）的系统评估。其次，采用改良CTAB法提取叶片基因组DNA，并利用5对SSR引物进行PCR扩增。鉴于卡普利为异源四倍体（2n=4x=32）的特性，研究采用“等位基因表型”二进制（存在/缺失）数据编码策略来处理SSR数据。最后，综合运用主成分分析（PCA）、层次聚类、主坐标分析（PCoA）和基于模型的群体结构分析（STRUCTURE）等多种生物信息学方法，深入解析种质的表型和遗传多样性及群体结构。
评价物候学和果树学性状
方差分析（ANOVA）揭示了不同地理区域种质在多个关键性状上存在显著差异。其中，果实相关性状的区域分化尤为明显，包括果实重量（p = 0.000015）、果实赤道直径（p = 0.0036）和极径（p = 0.0015）、果皮重量（p = 0.0065）和种子直径（p = 0.011）。花部性状如花直径（p = 0.0002）和萼片宽度（p = 0.0018）也显示出显著的区域差异。Tukey事后比较表明，最强烈的表型对比发生在科托帕希（Cotopaxi）–通古拉瓦（Tungurahua）以及钦博拉索（Chimborazo）–通古拉瓦之间。
主成分分析（PCA）表明，第一主成分（PC1）解释了21.3%的总变异，主要与果实和种子性状以及叶片形态特征相关。通古拉瓦的种质倾向于聚集在PC1的正值一侧，反映出其具有较大的果实直径、果实重量、果皮厚度以及较大的叶片和种子尺寸。而科托帕希的许多种质位于PC1的负值一侧，主要与较高的可溶性固形物含量相关。相关性分析显示，果实重量与果实直径呈极强正相关，而可溶性固形物含量与果实重量和直径呈负相关，暗示了大果实中可能存在的“稀释效应”。整合了数量和质量性状的聚类分析将种质分为两个主要类群，显示出基于地理来源的表型分化。
遗传多样性分析
分子分析基于5个SSR标记，共检测到59个等位基因，平均每个标记11.8个等位基因。平均多态性信息含量（PIC）为0.792，平均观察杂合度（Ho）为0.760，平均期望杂合度（He）为0.822，表明所研究的卡普利种质具有较高的遗传多样性。其中，标记pchpgms3多态性最高，检测到26个等位基因。
层次聚类分析（HAC）将58份成功基因分型的种质分为两个主要分支（Clade I和Clade II），Clade II可进一步分为两个亚组。主坐标分析（PCoA）结果与HAC一致，前两个主坐标共同解释了39.8%的遗传变异，揭示了三个主要的遗传集群。基于贝叶斯模型的群体结构分析（STRUCTURE）确定最优遗传分组数K=3，显示存在三个主要的遗传群体，同时部分个体表现出混合的祖先成分，表明群体间存在基因流或近期杂交事件。
研究结论与讨论
本研究通过对厄瓜多尔卡普利种质资源的综合评估，揭示了其丰富的表型和遗传多样性。研究结果明确了不同地理来源种质在关键农艺性状，特别是果实性状上的显著分化，为亲本选配提供了明确方向。例如，通古拉瓦的种质在果实大小和重量方面表现突出，科托帕西的种质具有较高的可溶性固形物含量，而钦博拉索的种质则贡献了独特的花部性状和酸度相关特性。这种互补的区域特征为通过种间杂交组合优良性状提供了良好机会。
在遗传层面，尽管仅使用了5个SSR标记，但研究仍揭示了高水平的遗传多样性和清晰的群体遗传结构（三个遗传群）。这种结构化的多样性有利于进行定向杂交，通过组合遗传差异大的亲本来增加后代变异。研究所鉴定的高遗传和表型多样性表明，厄瓜多尔卡普利种质资源是进行作物改良的坚实资源基础。研究采用的针对异源四倍体基因型的SSR数据分析策略（等位基因表型法）为类似多倍体物种的遗传评估提供了可行方案。配子体自交不亲和性（GSI）机制被认为是维持卡普利天然群体高杂合度的重要因素。
综上所述，这项工作为卡普利的育种计划提供了重要的表型和分子基础，所鉴定的优良性状和遗传资源将直接用于选育果实品质更优、适应性更强的新品种，推动这种具有潜力的本土作物向商业化栽培发展。论文发表于《Plant Molecular Biology Reporter》。
