256个Melissa officinalis基因型的国际收藏的种群结构、遗传多样性及核心集构建

《BMC Plant Biology》：Population structure, genetic diversity and core set construction of an international collection of 256 Melissa officinalis genotypes

　　

摘要

背景

Melissa officinalis（香蜂草）是一种多年生药用植物。气候变化和高昂的种植成本使得培育具有更强抗逆性和更高代谢物含量的新品种变得必要。然而，对大量样本进行表型分析的高成本限制了育种进展。本研究利用流式细胞术和基因组测序（GBS）技术，对来自215个国际种质的256个基因型进行了遗传多样性和群体结构分析。主要目的是识别尚未开发的遗传资源，并建立核心基因库，以简化未来的育种和研究工作。

结果

形态学特征分析和流式细胞术显示，这些基因型根据倍性和亚种存在明显的分组。该集合包括209个二倍体基因型和3个三倍体基因型（属于officinalis亚种，2C = 1.79 pg），以及44个四倍体基因型（属于altissima亚种，4C = 3.57 pg）。GBS技术分别为整个集合和officinalis亚种的子集生成了29,307个和9,909个SNP。研究通过PCA（PC1 = 69.9%）、STRUCTURE和层次聚类分析证实了亚种间的显著遗传差异。altissima亚种具有21,770个私有等位基因，H_E = 0.38，显示出比officinalis亚种（2,953个私有等位基因，H_E = 0.07）更大的遗传多样性。在officinalis亚种内部，发现了来自亚美尼亚、法国、格鲁吉亚和西班牙的多个未开发的遗传多样性群。此外，基因组分析发现，在所研究的四个传统品种中有三个品种的纯度存在不一致性，即同名基因型被分配到了不同的遗传群中。基于聚类方法，构建了两个核心基因库。第一个核心基因库（Core15，占集合的5.7%），包含9个officinalis和6个altissima基因型，旨在以最小的冗余度涵盖整个集合的多样性，以支持长期育种计划。扩展的核心基因库（Core30，占11.3%）专注于officinalis亚种，并包含了更多栽培材料。

结论

本研究对一个全面的M. officinalis种质集合进行了基因组特征分析。通过识别不同的遗传群并开发优化的核心基因库，显著减少了未来评估所需的资源。这些核心基因库为旨在提高抗旱性等农艺性状的育种计划提供了坚实的基础，同时也有助于提升药品质量。