基于简单序列重复区间（ISSR）标记对不同番石榴基因型表型和遗传多样性的研究

《South African Journal of Botany》：Exploration of phenotypic and genetic diversity of different guava genotypes based on Inter Simple Sequence Repeat (ISSR) markers

　　

哈丽玛·希伦（Haleema Sheeren）| 贝尼什·阿夫塔布（Beenish Aftab）| 法拉·纳齐姆（Farah Nazim）| 阿姆娜·伊萨克（Aamna Ishaq）| 马赫罗泽·法蒂玛（Mahroze Fatima）| 萨达夫·阿曼（Sadaf Aman）

摘要

番石榴（Psidium guajava L.）是巴基斯坦重要的水果作物，因其营养价值和药用特性而备受重视。尽管具有育种潜力，但当地番石榴种质的分子特征研究仍然有限。本研究评估了来自帕托基（Pattoki）地区的小样本番石榴品种的形态特征及基于ISSR技术的遗传多样性。观察到了叶片和果实特征的显著差异。在测试的12个ISSR引物中，有10个引物产生了116条多态性条带（长度为100–1000 bp）。G-UBC848引物最具信息量。UPGMA（未加权配对组方法，采用算术平均法）聚类分析将这些品种分为两大类，相似度值介于0.47至0.88之间，Jaccard系数介于0.11至0.68之间。主坐标分析（PCoA）解释了75.76%的总变异，并将基因型分为三个遗传组。这些结果表明所研究的番石榴品种具有显著的遗传多样性，为巴基斯坦的种质保存和未来的育种计划提供了有用信息。

引言

桃金娘科（Myrtaceae）属于桃金娘目（Myrtales），包含多种树木和灌木。该科以Myrtus灌木命名，这种灌木自然生长于南美洲、北非及地中海周边地区（Mitra等人，2012年）。桃金娘科分为两个亚科：Myrtoideae（包含15个族）和Psiloxyloideae（包含2个族）（Lucas等人，2019年）。该科包含约140个属和3800–5650种物种，发挥着重要的生态作用（Mitra等人，2012年）。Psidium guajava L.（番石榴）属于Myrteae族，该族包含约51个属和2500种物种（Arevalo-Marin等人，2021年）。番石榴是一种耐寒的小灌木或树木，通常高度为3–10米，其特征为扭曲的茎、光滑的树皮以及对生的革质叶片（Mitra等人，2012年）。其果实在外皮和果肉颜色、种子含量及风味方面存在广泛差异（Mehmood等人，2014年）。番石榴富含维生素（A、B和C）、蛋白质、碳水化合物及抗氧化剂，有助于维持视力健康（Parvez等人，2018年）。其叶片也具有药用价值，可用于治疗呼吸系统和消化系统疾病、控制糖尿病以及调节血压（Kumar等人，2021年；Usman等人，2022年）。在许多国家，包括孟加拉国、巴基斯坦、印度和南美洲部分地区，番石榴一直是主要水果（Kumar等人，2021年）。

在巴基斯坦，番石榴的种植面积仅次于柑橘类水果和芒果，全球范围内排名第四（Mehmood等人，2014年；Abbas等人，2019年）。番石榴受欢迎的原因之一是它能在pH值介于4.5至8.5的多种土壤中生长（Abbas等人，2019年）。番石榴在全国范围内广泛种植，尤其是在信德省和旁遮普省。这些地区主要种植的品种是Gola和Surahi（Mehmood等人，2014年）。然而，由于气候变化、植物病害、城市化、过时的耕作方式以及严重的果蝇侵害，番石榴生产面临挑战，导致产量大幅下降（Usman等人，2022年；Zahid等人，2022年）。通过育种改良番石榴品种可以提高果实品质、增加产量，并增强其对害虫和环境压力的抵抗力（Alam等人，2019年）。先进的分子标记技术为种质保存和改良提供了有效手段（Zahid等人，2022年）。

分子标记技术最早开发于20世纪80年代，用于评估遗传多样性、鉴定物种和研究性状遗传（De-Souza和Bonciu，2022年）。常见的分子标记包括限制性片段长度多态性（RFLP）、扩增片段长度多态性（AFLP）、随机扩增多态性DNA（RAPD）和ISSR，每种技术都有其特定的优势和局限性。在基因组学中，ISSR通过扩增位于微卫星区域之间的DNA片段来分析遗传变异，使用长度为15–30个碱基的引物，这些引物通常在3′或5′端含有1–4个简并碱基。这些引物在较高退火温度（45–60°C）下发挥作用，产生的片段长度为200–2000 bp，可通过凝胶电泳可视化（Nadeem等人，2018年；Shahabzadeh等人，2020年）。与其他分子标记技术相比，ISSR标记因简单、成本效益高、所需DNA量少且无需事先了解序列信息而更受欢迎（Amiteye，2021年；Ahmad和Noori，2023年）。ISSR标记遵循孟德尔遗传规律，在分离时表现为显性标记（Nadeem等人，2018年）。在巴基斯坦，番石榴的分子研究主要使用AFLP、SSR和RAPD等传统标记（Viji等人，2010年；Corrêa等人，2011年；Rana，2020年）。自2020年以来，ISSR在番石榴研究中的应用较为有限，这凸显了现代基因组工具应用的不足。因此，本研究旨在评估番石榴品种的表型和遗传多样性，采用了形态特征和ISSR标记两种方法。形态特征可能受环境因素影响，而ISSR标记则提供相对稳定和可靠的遗传信息。本研究假设将ISSR标记与形态特征结合使用，可以更全面准确地评估番石榴品种的遗传多样性，从而支持育种、种质保存和改进工作。

章节片段

植物材料

本研究选择了来自旁遮普省卡苏尔（Kasur）地区的帕托基（Pattoki）地区的六个番石榴品种，这些品种在当地具有商业价值且适应当地的农业气候条件。这些品种代表了常见的番石榴种质资源。植物样本来自Green Life苗圃农场，随后被种植在大学植物园中。

形态数据与聚类

对六个番石榴品种的形态观察显示叶片特征存在显著差异。方差分析（ANOVA）结果表明不同品种之间的叶片尺寸存在高度显著差异（表3），这表明它们在品种鉴定中具有实用性。CG品种的叶片最长（10.50^a ± 2.40），其次是BS品种（10.50^a ± 1.32）。BS品种的叶片宽度最大（5.73^a ± 0.56）。叶片长度和宽度均显示出显著差异（p值……）

讨论

外部叶片形态分析显示，大多数番石榴品种具有长椭圆形叶片、圆润的基部和完整的叶缘（表5），这与Sharma等人（2010年）和Hien等人（2024a）的研究结果一致，但与Methela等人（2019年）的结果不同。黑番石榴（Black Guava）的叶片呈深绿色至紫绿色，而斑叶番石榴（Variegated Guava）的叶片带有奶油白色斑纹，两者可通过这些特征进行区分。

结论

本研究利用11个形态特征和12个ISSR标记评估了六个番石榴品种的遗传多样性。果实特征表现出较大差异，而叶片特征的差异较小，方差分析证实了叶片大小的差异。十个多态性标记产生了116条条带，表明遗传多样性较高。聚类分析将品种分为两大类，为育种和种质保存提供了有益信息。

资金来源

本研究未获得任何外部资助

哈丽玛·希伦（Haleema Sheeren）负责数据收集、结果整理和手稿撰写。贝尼什·阿夫塔布（Beenish Aftab）设计了研究方案，提供了试验所需的设施，并对手稿进行了校对。法拉·纳齐姆（Farah Nazim）和马赫罗泽·法蒂玛（Mahroze Fatima）参与了数据分析与解释。阿姆娜·伊萨克（Aamna Ishaq）和萨达夫·阿曼（Sadaf Aman）协助数据收集，并参与了手稿的撰写与修改。

CRediT作者贡献声明

哈丽玛·希伦： 手稿撰写——初稿、软件选择、方法论设计、数据分析。贝尼什·阿夫塔布： 手稿审阅与编辑、项目监督。法拉·纳齐姆： 手稿审阅与编辑、软件应用。阿姆娜·伊萨克： 手稿审阅与编辑。马赫罗泽·法蒂玛： 手稿审阅与编辑、资源协调。萨达夫·阿曼： 手稿审阅与编辑。

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。所有作者均已阅读并批准了最终版本的手稿，不存在需要披露的利益冲突。