《Ecological Genetics and Genomics》：Multivariate Analysis and Agro-Morphological Characterization of Exotic Cowpea (
Vigna unguiculata (L.) Walp.) Germplasm under Indian Agro-Climatic Conditions
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摘要本研究评估了 645 份外来豇豆种质的遗传变异、相关性及多变量分析。这些种质连同五个对照品种，采用增补区组设计 (ABD) 在连续两个生长季（2022-23 和 2023-24）中对 26 个农艺形态性状进行了评估。方差分析 (ANOVA) 显示，除 SPP 外，所有数量
摘要
本研究评估了 645 份外来豇豆种质的遗传变异、相关性及多变量分析。这些种质连同五个对照品种，采用增补区组设计 (ABD) 在连续两个生长季（2022-23 和 2023-24）中对 26 个农艺形态性状进行了评估。方差分析 (ANOVA) 显示，除 SPP 外，所有数量参数在种质间均存在显著差异，表明存在相当大的变异性。在遗传变异分析中，DF50、HSW、PDL 和 PH 表现出较高的基因型变异系数 (GCV) 和表型变异系数 (PCV)，表明这些性状具有较高的变异程度。除 PB 和 SPP 外，大多数性状的遗传力和遗传增益 (GAM) 较高，表明对这些性状的选择将是有效的。质量性状 IPC、SS、SC、TT、Ssol、LC、SCC、FC 和 PS 表现出较高的表型多样性 (H′ ≥ 0.60)。在产量贡献性状之间发现了显著的正相关，其中 SPP 与 PL 和 PDL 呈正相关，HSW 与 SL、SW、PL、TLL 和 TLW 相关，表明它们在育种计划中可用于间接选择。主成分分析 (PCA) 鉴定出 EC724705、EC723906、EC724358、EC723854、EC724530、EC724289、EC723685、EC723735、EC724538、EC723698、EC723695、EC724759、EC724269 和 EC723992 为杂种优势育种的潜在亲本候选材料。对 645 份外来种质的大规模评估发现了独特的变异模式和未来豇豆改良计划的有前景的供体种质。聚类分析显示，类群 III 中的种质具有改良关键农艺性状（包括 HSW、PB、PDL、SW、TLL 和 TLW）的潜力，使其在豇豆育种中具有重要价值。本研究阐明了外来豇豆种质的遗传多样性和性状关系，支持鉴定有前景的种质用于遗传改良、气候韧性育种、可持续作物改良，以及在变化的气候条件下加强食物和营养安全。
引言
豇豆 (Vigna unguiculata (L.) Walp.) 是一种豆科粮食作物，在世界各个地区广泛种植，西非是其原产地 [1]。它具有二倍体染色体数 (2n=2x=22) 和大约 620 Mb 的基因组大小 [2]。在许多发展中国家，特别是非洲，豇豆是数百万人的重要膳食蛋白质来源。这种豆科植物是蛋白质的丰富来源，蛋白质含量为 23% 到 30%，提供 16% 到 19% 的纤维，以及各种必需营养素 [3]。此外，豇豆富含必需氨基酸，如赖氨酸和色氨酸，尽管与动物性蛋白质来源相比，其蛋氨酸和半胱氨酸的水平相对较低。豇豆对不利环境条件具有高度韧性，并通过其根瘤有效地固定大气氮，对土壤肥力改善有显著贡献。它在含沙量高（超过 85% 沙）且有机质和磷含量低的土壤中生长良好 [4]。无论是作为单一作物种植还是间作，豇豆都通过减少土壤侵蚀、增强土壤肥力以及作为有价值的食物和饲料资源，对可持续农业做出了重大贡献 5, 6。
植物遗传资源的保护和利用是生物多样性保护的重要组成部分。这些资源包括栽培品种、野生近缘种、育种系和地方品种，所有这些都具有粮食安全 和作物改良的潜力 [7]。豇豆遗传多样性研究已利用形态、生化和分子标记，为育种计划提供了有价值的信息 [5]。了解豇豆基因型内的遗传变异性有助于性状选择和增强具有理想农艺特性的品种 [8]。基因型和表型变异系数、遗传力、遗传增益和相关性等参数在完善育种策略和开发适应不同农业气候条件的高性能豇豆品种方面发挥着重要作用。高遗传力表明环境影响最小，确保性状在不同环境中表达的一致性 [9]。此外，性状之间的显著相关性使得间接选择成为可能，优化育种效率和遗传增益 [10]。鉴于提高粮食安全和农业生产率的重要性，豇豆育种计划必须侧重于评估遗传变异性、遗传力和性状关联，以开发具有更高产量潜力和对环境挑战韧性强的改良品种 9, 11。
印度发布的几个改良豇豆品种主要是为了适应特定环境、早熟、耐旱、光不敏感以及抗主要病虫害而开发的，包括 YMV、CMV、细菌性枯萎病、根腐病、锈病、蚜虫和尾孢叶斑病。Pant Lobia-5、Pant Lobia-7、RC-101 和 Kashi Kanchan 等品种具有早熟性和对不同生产环境的适应性，而 Pant Lobia-4、GC-1501、TC-901 和 KBC-12 等品种则表现出对重要病毒和真菌病害的抗性。同样，Hisar Cowpea-46 和 Pant Lobia-4 等品种已被鉴定为耐旱性和在水田或胁迫环境中具有适应性。包括 Pant Lobia-5、Pant Lobia-7 和 TPTC-29 在内的几个品种也适合夏季 (Kharif) 和灌溉生产系统，这反映了适应导向育种在豇豆改良计划中的重要性 [12]。然而，许多发布的品种是为特定农业气候区开发的，并依赖于相对有限的亲本背景，这可能限制长期的遗传增益和适应潜力。在这种情况下，在印度农业气候条件下评估外来种质对于鉴定新颖的等位基因组合和拓宽可用于开发高产量、抗逆和广泛适应的豇豆品种的遗传基础至关重要。
主成分分析 (PCA) 和欧几里得聚类是用于评估种质入藏品种间遗传分歧的多变量分析技术 [13]。PCA 通过将来自多个原始变量的信息压缩成一组较小的统计成分，同时最小化数据损失，从而简化复杂数据集。这使得能够全面概述数据集并揭示变量之间的潜在关系 [3]。评估种质对基因库管理员至关重要，因为它有助于有效采样种质用于育种计划，并帮助识别和消除重复入藏品种 [14]。现有基因库内的遗传多样性是植物改良计划的基础，确保随着时间的推移实现可持续的遗传增益并增强遗传资源的有效利用 [15]。
本研究旨在利用关键农艺形态性状检查外来豇豆种质间的遗传分歧，并确定性状之间的关联。具体目标包括评估遗传变异的程度、识别种质收藏中的表型模式并进行多变量分析。研究结果将为豇豆育种计划提供有价值的知识，促进高性能和韧性品种的开发。
章节摘要
植物材料与田间试验
在本研究中，总共评估了 645 份外来豇豆种质，这些种质是尼日利亚国际热带农业研究所 (IITA) 开发的豇豆核心收藏的一部分，并保存在印度农业研究理事会 - 国家植物遗传资源局 (ICAR-NBPGR)，新德里，印度，连同五个对照品种：GC3、DC15、PL3、PL4 和 RC101。评估由 Federer 和 Raghavarao [16] 使用增补区组设计 (ABD) 在两个连续的生长季 2022-23 (E1) 和 2023-24 (E2) 进行，
数量性状的频率分布
不同数量性状的分布模式如图 S1 所示。对于 50% 开花天数 (DF50)，大约 35% 的种质在 50 天内开花，大部分 (158) 在 55 到 65 天之间。最早开花的是 EC724478 (29 天)，其次是 EC725013 和 EC724358 (29.6 天)，而有 15 份种质开花早于最佳对照 RC-101 (33 天)。对于 80% 成熟天数 (DM)，大部分种质 (167) 在 65-75 天内成熟，其中
讨论
数量性状的遗传分析对作物改良计划至关重要，因为它有助于阐明遗传变异性、估计遗传力并识别作物物种中的性状关联，从而为选择和遗传改良奠定基础 [9]。遗传多样性是作物改良的基础，但有效利用需要全面了解种质特性。传统上，种质是基于形态学表征的
结论
本研究对保存在国家基因库中的大量外来豇豆种质的农艺形态多样性进行了综合评估，突出了其作为作物改良遗传资源价值。遗传变异估计、性状关联分析和多变量方法的整合证明了表型表征在鉴定遗传多样性和农艺价值种质方面的有效性，从而
固体离子学伦理声明
在此，Kuldeep Tripathi 博士郑重保证，对于手稿“
印度农业气候条件下外来豇豆 (Vigna unguiculata (L.) Walp.) 种质的多变量分析和农艺形态表征" 以下内容已履行：
1)该材料是作者的原创作品，此前未在其他地方发表。
2)该论文目前未被考虑在其他地方发表。
3)该论文反映了作者自己的研究和分析，在
CRediT 作者贡献声明
Kuldeep Tripathi: 监督、方法学、概念化。 Dhammaprakash Pandhari Wankhede: 写作 - 审阅和编辑。 Dileep Tripathi: 数据管理。 Rinky Resma Panda: 写作 - 原稿起草。 Divya Chaudhary: 写作 - 审阅和编辑。 Jyotsna Verma: 验证。 Padmavati Ganpat Gore: 软件、形式分析。 Ankit Saroha: 方法学。 Rajneesh Kumar: 可视化、方法学。 Neeta Singh: 资源
数据可用性声明
支持本研究结果的数据可根据合理要求从通讯作者处获得。
竞争利益声明
? 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这可能会影响本文报告的工作。
致谢
研究得到了 印度农业研究理事会、印度政府农业研究与教育部的支持。
Divya Chaudhary|Jyotsna Verma|Dileep Tripathi|Rinky Resma Panda|Rajneesh Kumar|Neeta Singh|Padmavati Ganpat Gore|Ankit Saroha|Dhammaprakash Pandhari Wankhede|Kuldeep Tripathi
印度农业研究理事会 - 国家植物遗传资源局，新德里 - 110012，印度
