《Legume Science》：Genetic Diversity and Relationships Among Newly Developed Cowpea Mutant Lines Using SSR Markers and Agro-Morphological Traits
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本文通过10个SSR分子标记和多个关键农艺性状，系统评估了埃斯瓦蒂尼24个新豇豆突变体、3个亲本和3个本地对照品种的遗传多样性与亲缘关系。研究发现，SSR标记（特别是SSR6800、SSR6844、SSR6239）和表型数据均揭示了显著的基因型差异，为筛选高产、适应性强（如NKL9P7、BRR4P11、SHR9P5等）的亲本材料和制定本地化豇豆育种计划提供了坚实的遗传学依据。
引言
豇豆是一种具有二倍体染色体（2n = 2x = 22）的豆科作物，以其耐旱、高蛋白（约25%）和富含矿物质而著称，是非洲等干旱、半干旱地区重要的粮食、饲料和经济作物。然而，与其它主要豆类相比，豇豆的研究投入相对较少。其遗传多样性中心位于南部非洲地区。虽然撒哈拉以南非洲地区的平均豇豆产量较低，但其潜在产量可达1500-3000公斤/公顷。提高产量需要利用遗传资源，开发高产、适应性强的品种。传统的基于形态和表型性状的多样性评估方法易受环境条件影响，因此需要结合SSR等分子标记进行更精确的遗传变异分析。在埃斯瓦蒂尼，豇豆是继普通菜豆和班巴拉花生之后的重要粮食安全作物，但育种工作薄弱，农民主要依赖产量低、抗性差的本地品种。本研究旨在利用SSR标记和农艺性状，评估30个豇豆基因型（包括来自纳米比亚的24个精英突变体、3个创始亲本和3个本地对照）的遗传多样性和亲缘关系，为当地育种和直接生产筛选具有潜力的基因型。
材料与方法
本研究使用了30个豇豆基因型，包括24个由伽马射线辐照诱变（M6代）、来自纳米比亚的精英突变体，三个创始亲本（Bira, Nakare, Shindimba），以及来自埃斯瓦蒂尼国家植物遗传资源中心的2个地方品种和1个已释放本地品种作为对照。田间试验在埃斯瓦蒂尼的两个站点（Lowveld Experiment Station和Malkerns Research Station）进行，采用6×5α格子设计，重复三次。评估了发芽率、开花天数、成熟天数、单株荚数、荚长、每荚粒数、百粒重和籽粒产量等多个农艺性状。基因分型使用10个具有高多态性信息含量的SSR标记，采用CTAB法提取DNA并进行PCR扩增和毛细管电泳分析。表型数据采用SAS软件进行方差分析和聚类分析。基因型数据使用Power Marker软件计算等位基因数、基因多样性、多态性信息含量，并使用PASTE、GenAlEx等软件进行遗传距离矩阵计算、聚类分析、主坐标分析和分子方差分析。最后，通过R语言的dendextend包整合表型和基因型数据，进行联合分析和纠结图比较。
结果
3.1 基于农艺性状的豇豆基因型遗传变异
联合方差分析显示，基因型与地点的互作效应对所有评估的农艺性状均有显著影响，表明存在充分的遗传变异用于分子数据分析和选择。
3.2 基于SSR标记的遗传多态性
10个SSR标记在所有基因型中共检测到54个等位基因，每个位点的等位基因数在3到8之间，平均为5.4。标记SSR6844的等位基因数最多（8个），而MA120最少（3个）。主要等位基因频率最低的为SSR6800（0.25），最高的为SSR6866（0.80）。SSR标记的平均多态性信息含量为0.54，范围在0.33至0.78之间。其中，SSR6800的PIC值最高（0.78），SSR6844（0.69）和SSR6239（0.64）次之，SSR6807最低（0.33）。平均基因多样性为0.56，SSR6800和SSR6844的基因多样性最高，分别为0.77和0.70。
3.3 豇豆基因型间的遗传关系
基于SSR数据计算的遗传相似性矩阵显示，基因型间的相似系数范围在0.00到1.00之间。其中，基因型7（Mtilane地方品种）与基因型3（Black eye）、18（Shindimba）和10（NKL9P7-2）的相似系数均为1.00，表明它们遗传上非常相似或相同。基因型26（SHR3P4）与基因型29（SHR9P5）的相似系数也为1.00。相反，许多基因型对之间的相似系数为0.00或接近0.00，例如基因型1（Accession 792）与基因型8（Nakare）、12（NKR193）等，表明它们遗传差异很大。精英突变体NKL9P7、BRR4P11、SHR9P5和NKL9P7-2表现出较高的籽粒产量，范围在2255.8至3158.8公斤/公顷。
基于表型性状的聚类分析将基因型分为两个主要簇，而基于SSR标记的聚类分析则将其分为三个簇。整合两种数据的纠结图显示分组模式存在差异，但SHL2P4和SHL3P7-2在两种分析中均保持稳定的位置，突显了它们作为参考遗传材料的潜力。观察到遗传距离最大的基因型包括NKL9P7-2、SHR3P4、SHL7P1、NKR193、NKR2P9、NKR10P5和BRR11P2，表明它们适合作为杂交和遗传改良的亲本。
结论
总体而言，本研究利用SSR标记和农艺性状相结合的方法，揭示了埃斯瓦蒂尼豇豆基因型之间存在显著的遗传和表型多样性。研究鉴定出了信息量最高的SSR标记（SSR6800、SSR6844、SSR6239）以及高产、遗传差异显著的精英突变体。这些结果为埃斯瓦蒂尼开展有针对性的豇豆育种、筛选优良亲本组合以及提高产量奠定了坚实基础，有助于开发适应本地条件、气候适应性强的高产品种。
