《Agronomy》：Chloroplastic and Nuclear Markers Reveal the Phylogeny of Passiflora Species from Boyacá, Colombia
Elsa Manjarres,
Ana Morillo and
Yacenia Morillo
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为解决西番莲属物种因形态可塑性高、杂交亲和力强而导致的传统形态学分类困难问题，本研究对来自哥伦比亚博亚卡地区的47份西番莲种质资源，开展了基于叶绿体基因（trnL）、非编码区（psbA-trnH）和核基因内转录间隔区（ITS）的多位点系统发育分析。结果表明，P. edulisf. edulis与 P. edulisf. flavicarpa具有密切的亲缘关系，而与 P. ligularis、P. maliformis等物种存在显著遗传分化。该研究为阐明安第斯地区西番莲的复杂进化分异模式、优化地方种质资源保护与育种策略提供了关键遗传学基础。
在浩瀚的植物王国中，西番莲属（Passiflora）以其绚丽的花朵和可口的果实而闻名，不仅是热带水果产业的重要支柱，还蕴藏着丰富的药用和化妆品用活性成分。然而，这个家族的“家谱”却出人意料地错综复杂。它们形态千变万化，既有藤本也有乔木，花朵和果实的差异常常令人眼花缭乱。更棘手的是，许多物种之间可以轻易杂交，导致单纯依靠外观（形态学）进行分类变得异常困难，常常是“一家人不认识一家人”。这种分类上的混乱，不仅阻碍了我们理解它们真实的演化历史，也给种质资源的精准鉴定、保护以及优良品种的选育带来了巨大挑战。尤其是在生物多样性热点地区，如哥伦比亚的安第斯山区，厘清当地西番莲物种间的真实亲缘关系，对于保护和可持续利用这些宝贵的遗传资源显得尤为迫切。发表在《Agronomy》上的这项研究，正是为了解开哥伦比亚博亚卡地区西番莲物种的“身世之谜”。
为了精准绘制这份“家谱”，研究人员采用了整合叶绿体与核基因标记的系统发育学方法。他们从哥伦比亚博亚卡地区收集了47份属于6个西番莲物种的种质材料。研究的关键技术路径包括：首先，从叶片中提取基因组DNA，并利用特异性引物，通过聚合酶链式反应（PCR）分别扩增了叶绿体基因片段（trnL）、叶绿体基因间隔区（psbA-trnH）以及核糖体基因内转录间隔区（ITS）。接着，对扩增产物进行测序，利用生物信息学软件（如BioEdit, MEGA-X）进行序列比对、编辑和单核苷酸多态性（SNP）分析。最后，基于贝叶斯信息准则（BIC）选择最优核苷酸替代模型，在IQ-TREE软件中采用最大似然法（Maximum Likelihood）分别构建了基于单个标记及串联标记的系统发育树，以推断各物种间的进化关系。
研究结果
1. 分子标记特征与进化模式
对三个分子标记的序列分析揭示了其不同的特性。叶绿体trnL基因片段长约264 bp，表现出高变异位点比例（49.62%）和较高的G-to-A转换率（22.15）。psbA-trnH间隔区长约333 bp，虽然变异位点比例较低（27.63%），但拥有更多的简约信息位点。核基因ITS区域最长（约706 bp），变异位点比例最高（73.22%），提供了最高的系统发育分辨率。所有标记的分析均显示，核苷酸替换中转换率普遍高于颠换率。
2. 基于叶绿体标记 trnL的系统发育关系
基于trnL序列构建的最大似然系统发育树显示，P. edulisf. edulis（紫色百香果）和P. edulisf. flavicarpa（黄色百香果）紧密地聚在一起。这表明两个栽培变种之间具有非常近的亲缘关系。相比之下，P. ligularis（甜西番莲）和P. maliformis（苹果西番莲）则形成了各自独立、高支持度的分支，显示出它们与P. edulis类群之间存在显著的遗传分化。
3. 基于叶绿体间隔区 psbA-trnH的系统发育关系
利用psbA-trnH间隔区构建的系统发育树进一步证实了上述关系。P. edulis的两个变种再次紧密聚类，支持它们可能起源于一个共同的近期祖先，而后主要在形态上发生分化的假说。P. ligularis和P. maliformis依然处于独立的进化分支中。大部分树节点具有中等到高度的自展支持值，表明所推断的拓扑结构是可靠的。
4. 基于核基因ITS区域的系统发育关系
核基因ITS区域的系统发育分析提供了更高分辨率的进化视图。分析再次确认了P. edulis两个变种间极小的遗传差异。同时，P. ligularis和P. maliformis形成了界限清晰、支持度高的独立进化支。P. tripartitavar. mollissima（香蕉百香果）则处于一个中间的系统发育位置，反映了其在所研究类群中不同程度的遗传分化。一些节点上出现的适中支持度，可能暗示了复杂的进化过程，如不完全谱系分选或历史上的杂交事件。
5. 形态特征与遗传分化的关联
研究指出，之前的相关形态学研究支持了上述分子分析所揭示的遗传变异。例如，不同西番莲物种及品种在果实形状、大小等表型性状上存在显著差异，这些外部形态的多样性与其内在的遗传分化是相互印证的。
6. 多位点联合分析揭示的稳健系统发育框架
最终，研究人员将ITS、psbA-trnH和trnL三个标记的序列进行拼接，构建了一个更为稳健的系统发育树。这棵树清晰地显示，P. edulis的两个变种形成了一个强支持的单一谱系，而P. ligularis、P. maliformis和P. tripartita的品种则明确地处于不同的进化分支上。这种多位点联合分析的方法，有效规避了单一标记（尤其是结构多变的叶绿体基因组）可能带来的偏差，提供了迄今为止关于博亚卡地区西番莲物种最清晰、最可靠的系统发育关系图谱。
结论与重要意义
本研究通过整合核基因（ITS）与叶绿体基因（trnL, psbA-trnH）标记，为西番莲属建立了一个坚实的系统发育框架，成功解决了传统形态学分类中的诸多模糊地带。核心结论证实了栽培品种P. edulisf. edulis与P. edulisf. flavicarpa之间极其密切的遗传亲缘关系，表明它们很可能是近期才从共同祖先分化出来的不同形态变种。同时，研究也清晰地揭示了它们与P. ligularis、P. maliformis以及P. tripartitavar. mollissima之间存在的显著遗传分化，这些物种构成了各自独立的进化谱系。
这项研究的意义重大且深远。首先，在科学认知层面，它深化了我们对安第斯山区西番莲物种复杂进化历史的理解，特别是揭示了在形态可塑性和杂交事件背景下，物种形成与分化的具体模式。其次，在应用实践层面，该研究为哥伦比亚博亚卡地区的生物多样性保护和农业实践提供了直接的遗传学工具。清晰可靠的“遗传身份证”使得育种专家能够更精准地选择亲本，避免近亲杂交，利用物种间的遗传差异来培育具有优良性状（如抗病、高产、风味佳）的新品种。对于种质资源保护者而言，这份系统发育图谱是制定科学保护策略的蓝图，能帮助识别具有独特遗传价值的种群，从而优先进行就地或迁地保护，最大化地保存该地区的西番莲遗传多样性。最终，这项工作将基础研究与地方产业发展需求相结合，为可持续地利用西番莲这一具有重要经济价值的属，提供了关键的遗传学基础和决策依据。
