基于分子标记与形态学的厄瓜多尔Guarango（*Caesalpinia spinosa*）遗传多样性综合评估

《Forests》：Survey of Genetic Diversity in Ecuadorian Guarango Caesalpinia spinosa (Feuillée ex Molina) Kuntze Assessed via Molecular Markers and Morphology

　　

*Caesalpinia spinosa*是安第斯山区一种乡土森林树种，具有日益增长的经济和生态重要性，其豆荚中高含量的单宁、种子胚乳中的半乳甘露聚糖，以及其在恢复项目和农林复合系统中的潜力使其备受重视。在厄瓜多尔，关于其遗传和表型多样性的信息仍然有限，从而阻碍了其保护和可持续利用策略的制定。在本研究中，研究人员通过对形态学性状的评估、使用简单序列重复标记（Simple Sequence Repeats, SSR）和简单序列间重复标记（Inter-Simple Sequence Repeats, ISSR）进行遗传多样性分析，以及利用CAPFITOGEN工具进行多样性的空间评估，对厄瓜多尔guarango种质资源收集品进行了首次综合表征。该收集品表现出显著的形态学变异性，特别是在与树体结构和营养活力相关的性状上，这使研究人员得以识别出具有不完全相同样本（non-identical accessions）的差异化表型类群。利用ISSR标记进行的分子探索性表征揭示了采样样本间的分子分化，并补充了表型表征所获得的信息。形态学、分子和空间数据集的整合为理解厄瓜多尔现有的遗传多样性提供了初步认识，有助于识别分子对比鲜明的样本以及未来采集活动的优先区域。总体而言，这些发现为加强种质资源管理和保护工作提供了初步技术基础，并支持未来厄瓜多尔guarango的驯化和遗传改良项目。

### 研究背景与目的

*Caesalpinia spinosa*（guarango或tara）是南美洲安第斯地区乡土豆科树种，因其豆荚富含单宁、种子胚乳含半乳甘露聚糖，并可用于恢复项目和农林复合系统，具有重要的经济和生态价值。然而在厄瓜多尔，该物种的遗传与表型多样性信息长期缺乏，限制其保护和可持续利用策略的制定。为此，研究人员对厄瓜多尔国家种质库中保存的39份guarango样本进行了首次综合表征，旨在：(i)评价生长与树体结构性状的形态变异；(ii)检测近缘种SSR引物的可转移性与多态性；(iii)利用ISSR引物评价遗传多样性与种群结构；(iv)分析形态与分子多样性之间的关系。

### 主要技术方法

该研究使用厄瓜多尔国家农业研究所（Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias, INIAP）基因库保存的39份guarango样本，样本于2011年自厄瓜多尔安第斯山脉十个省份采集，海拔范围1500–3000 m，采用群体混合采样策略。形态学评价在Yachay-INIAP农场田间试验中进行，采用随机完全区组设计，3次重复，每重复2株，最终分析219株。分子分析采用CTAB法提取DNA；使用25对来自近缘种*Caesalpinia echinata*和*Balsamocarpon brevifolium*的SSR引物进行转移性测试；从46条ISSR引物中筛选出3条可重复多态引物，共获得9个多态位点。统计分析包括Gower距离与Ward法聚类、主坐标分析（Principal Coordinate Analysis, PCoA）、非加权配对算术平均法（UPGMA）、分子方差分析（Analysis of Molecular Variance, AMOVA）、CAPFITOGEN3工具的空间多样性地图及Mantel检验。

### 研究结果

#### 3.1 形态学特征（Morphological Characterization）

基于定量与定性性状的聚类分析将39份样本分为3个形态学类群（C1、C2、C3），其中C1（21份）性状值居中，C2（5份）值最低，C3（13份）值最高；树冠直径、地径、胸径和株高在类群间差异显著。PCoA前两轴解释71.6%的总方差。未发现表型性状完全相同的样本。

#### 3.2 分子特征（Molecular Characterization）

25对SSR引物中仅4对（16%）出现特异性扩增，最终在LI-COR 4300上仅1对产生可检测条带且为单态，因此SSR标记对*C. spinosa*的转移性为零。ISSR分析基于9个多态位点检测到22个多位点图谱；UPGMA聚类和PCoA将图谱分为2个遗传类群（I和II），其中类群I包含96.4%的个体。AMOVA显示，基于39份样本的分子变异中，样本内变异占92.27%，样本间仅7.73%（Φ_ST = 0.077，p < 0.001）；基于两个遗传类群的AMOVA显示类群间方差占78.12%（Φ_CT = 0.781，p < 0.001）。

#### 3.3 Guarango形态与分子多样性图（Morphological and Molecular Diversity Map）

空间分析表明，表型多样性指数范围0.35–0.56，遗传多样性指数范围0.00–0.37。Imbabura（北部）和Loja（南部）两地同时具有最高的形态与遗传多样性，而Azuay省为均一低值区。

#### 3.4 形态与分子数据相关性（Correlation Between Morphological and Molecular Data）

Mantel检验未发现形态学距离矩阵与ISSR分子距离矩阵之间存在显著相关性（r = ?0.0188，p = 0.718）。

### 讨论

形态学变异主要集中于树冠和分叉高度等结构性状，反映样本在空间利用策略上的分化。SSR引物转移失败与近缘种间微卫星侧翼区域保守性低有关，凸显了开发guarango物种特异性标记的必要性。ISSR标记数量有限，但聚类、PCoA和AMOVA结果一致，可作为初步评估。样本内高变异（92.27%）支持guarango以异交为主的繁殖系统，与先前基于AFLP的厄瓜多尔研究一致。空间上形态和遗传多样性的部分重合（如Imbabura和Loja）提示这些区域值得进一步采样，但整体相关性不显著，说明两类数据捕捉的是生物多样性的不同维度，应互补利用。

### 结论

厄瓜多尔guarango种质资源库保留了重要的表型变异，特别是与树体结构和营养活力相关的性状。SSR转移的失败证实了该物种特异性标记的缺乏，凸显了开发物种特异性标记的必要性。ISSR标记初步描述了种质库的遗传结构，但其数量有限，强调需要用更高分辨率的分子标记以全面揭示该物种的遗传多样性。形态学和分子表征的整合补充了初步多样性评估，构成了厄瓜多尔guarango国家种质资源库的首次综合表征，并为未来引入高分辨率基因组标记、评估生产性状和开展多地点试验以选择优良材料奠定了基础。