基于DUS性状与SSR标记的薯蓣种内遗传多样性分析及其在品种鉴定中的应用

《Ecology and Evolution》：Intraspecific Genetic Diversity Analyses of Yam (Dioscorea polystachya Turcz.) Based on DUS Traits and SSR Molecular Markers

　　本研究通过整合50个DUS（特异性、一致性、稳定性）性状和19个SSR（简单序列重复）分子标记，系统评估了113份中国薯蓣（Dioscorea polystachya）种质的遗传多样性与群体结构。研究发现14个核心DUS性状（涵盖叶、块茎、零余子和茎部特征）可高效区分种质，而SSR指纹图谱成功鉴别所有品种，揭示出10组潜在同物异名和13组同名异物现象。该研究为薯蓣纯种保育、种质资源利用及分子标记辅助育种提供了关键技术支持。

　　

引言

薯蓣（Dioscorea polystachya Turcz.）作为兼具食药价值的重要块茎作物，其无性繁殖特性与广泛基因组变异为种质资源研究带来挑战。传统形态学鉴定易受环境干扰，而DUS测试体系虽为品种注册提供标准，但存在耗时耗力、稳定性不足的局限。本研究通过整合表型与分子标记数据，旨在建立高效的薯蓣品种鉴定平台，为种质资源保护与育种创新提供依据。

材料与方法

研究选取来自中国17个省份的113份薯蓣种质，在温县农业科学研究所资源圃进行标准化种植。基于NY/T 2495-2013 DUS测试指南，系统评估50个性状（35个质量性状、15个数量性状），并利用转录组开发的19对SSR引物进行基因分型。采用主成分分析（PCA）筛选核心性状，通过PopGene和STRUCTURE软件分析遗传参数与群体结构，结合AMOVA（分子方差分析）解析遗传分化程度。

表型多样性分析

DUS性状评估显示，薯蓣种质在叶片形态（心形至披针形）、零余子（球形至不规则）和块茎（形状、色泽、质地）方面存在显著变异（图1）。10个性状（如茎卷旋方向、茎横截面等）无表型变异，而茎花青素着色强度（H′＝1.33）和叶缘缺刻程度（CV%＝59.47）多样性最高（表1）。相关性分析表明，叶部和零余子性状是品种鉴定的关键指标（图3）。

核心性状筛选与验证

通过PCA从50个性状中提炼出14个核心性状（表1标注），包括6个叶部性状（如叶形、叶色）、4个块茎性状（块茎纵切形状、单株块茎重量等）、3个零余子性状（数量、长度、宽度）和1个茎部性状（花青素着色强度）。回归模型确定系数（R²）达0.984，证实核心性状可替代全性状集进行高效鉴定（图4）。聚类分析将种质分为三类：类群I（83份）以厚茎和深叶缺刻为特征；类群II（27份）具长宽叶、重大零余子等农艺优势；类群III（3份）无零余子，叶形特异（图4c）。

SSR标记多态性解析

19个SSR位点共检测到118个等位基因，平均每位点6.21个等位基因（Na）。多态信息含量（PIC）均值0.56，其中SSR275位点PIC最高（0.77），有效等位基因数（Ne）达4.73（表3）。观测杂合度（Ho）为0.86，期望杂合度（He）0.63，Hardy-Weinberg平衡检验显示多数位点显著偏离（p<0.05），可能与薯蓣多倍体特性相关。

遗传结构与环境适应性

基于Nei's遗传距离的UPGMA聚类将种质划分为5个遗传群（图5），与PCA结果一致（前两轴贡献率51.2%）。群体结构分析最优K值为3（ΔK峰值），但K=5时揭示更精细结构（图6），野生种质（如CY067、CY100）独立成群。AMOVA表明遗传变异主要来源于群体内部（82.12%），群体间分化程度高（F_ST=0.32），基因流（Nm）为0.52（表4）。SSR指纹成功识别9组同物异名（如CY029/CY053/CY017）和13组同名异物种质，凸显命名标准化需求。

讨论与展望

本研究首次系统整合DUS性状与SSR标记分析中国薯蓣种质资源，发现表型聚类（3类）与分子聚类（5类）存在差异，反映环境对形态的影响及分子标记的基因组稳定性。核心性状组合可显著降低田间鉴定成本，而SSR标记为品种真实性鉴定提供分子依据。未来需结合品质性状（如黏液质、药用成分）深化种质评价，并拓展SNP（单核苷酸多态性）等标记体系，推动薯蓣精准育种与资源创新。