基于全基因组重测序SNP标记的148份马铃薯种质遗传多样性分析

韩志刚，郝文胜，谢 锐，郭景山，伊六喜，侯建华*

(1 内蒙古农业大学 农学院，呼和浩特 010019； 2 内蒙古自治区农牧业科学院，呼和浩特 010031)

中国的马铃薯研究始于20世纪30年代，在40年代分批次从美国、日本等国家引种，50年代利用这些引进的资源开始了有规模的自主育种工作[1]。经历半个多世纪，中国的马铃薯育种工作从无到有，从传统育种到现在的与分子标记辅助育种相结合的发展经历，取得了长足的进步。截止2020年利用前人引进的资源中国的马铃薯育种家们选育审定登记的新品种873份，而这些自主选育的新品种在中国的不同生态地区发挥着各自的优势，为当地老百姓带来了实惠，同时，有些国外种质资源至今仍在大面积种植，例如，美国的‘布尔班克’、‘大西洋’，加拿大的‘夏波蒂’，荷兰的‘费乌瑞它’等品种。‘白头翁’、‘卡它丁’等老品种更是育种家们沿用已久的经典亲本[2]。因此，对国外引进的马铃薯种质资源及国内选育新品种的充分利用就显得十分必要，而要有效合理地利用这些资源，就必须了解其遗传背景、亲缘关系，对其遗传多样性进行研究[3]。分子标记无疑是对各种生物群体的遗传多样性研究中最常用的方法。邸宏[4]利用AFLP和RAPD分子标记对国内主栽品种、地方品种、新型栽培种及抗PVY品种等4类资源种植共157份品种进行了遗传多样性分析，表明新型栽培种和地方品种的遗传基础丰富于普通栽培种，普通栽培种与新型栽培种在遗传组成上有明显区别，而地方品种与普通栽培种无明显差异。徐敏[1]用SSR分子标记对国内审定的203份品种遗传多样性分析发现，中国马铃薯审定品种遗传多样性较低。程永芳[5]基于SRAP标记通过UPGMA法可将54份种质资源分为6大类群。单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)指相同或不同的物种个体间的基因组DNA序列同一区间上的单个核苷酸存在差别的现象，是由美国学者Lander提出的DNA遗传分子标记，起初应用于医学[6]。随着测序技术的不断发展SNP标记以广泛应用于各类植物的遗传学研究，而马铃薯SNP标记的研究还处于初级阶段[7-10]。王舰[11]基于简化基因组SNP标记对288份种质资源的遗传多样性研究发现，马铃薯种质资源地域间差异不明显。Sofía等[12]用SNP标记对231个不同基因型马铃薯品种做了群体结构分析和主成分分析。Li等[13]用 6 487 006 个高质量 SNPs 构建了有根邻接系统发育树，以S.chomatophilumBitter 作为外群，对‘clade 4’成员和栽培种进行了主成分分析，这两个分析得到类似的结果，将野生马铃薯分成两个亚群，其中一个亚群的物种位于秘鲁，为北方野生亚组；而另一亚群的物种位于阿根廷，玻利维亚和智利，为南方野生亚组，这些分析得到了一致的结果，相对于南方野生亚组，栽培马铃薯与北方野生群体的亲缘关系更近。以上研究报道表明利用分子标记技术分析马铃薯不同品种间的遗传多样性是可行的。

本研究以内蒙古农牧业科学院马铃薯课题组多年收集的国内外500余份马铃薯种质资源为基础，筛选出性状稳定、表现优良、系谱明确的148份核心种质资源，通过全基因组重测序，以全基因组范围内的SNP标记，全面挖掘遗传变异信息，进一步了解148份种质资源的亲缘关系和遗传多样性，旨在提高马铃薯种质资源的利用效率，为马铃薯定向育种提供依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

材料为四倍体马铃薯普通栽培种148个(表1)，国内品种108个，其中华北地区48个、西北地区22个、东北地区16个、华中地区4个、西南地区15个以及华东地区3个品种；国外品种40个，包括欧洲22个、美洲17个及亚洲日本的1个品种。这些材料为系谱明确且田间表型稳定的马铃薯优良品种。

表1 基于SNP分析的四倍体马铃薯品种名称来源及系谱

续表1 Continued Table 1

续表1 Continued Table 1

续表1 Continued Table 1

1.2 方 法

1.2.1 试验材料的种植各试验材料种植于呼和浩特市武川县国家马铃薯产业技术体系呼和浩特试验站试验田内，各品种种植5株，行长1.5 m，株距0.3 m，行距0.9 m，机器开沟人工点种覆土，前作葵花。

1.2.2 样品DNA的提取供试材料148个种植出苗后，选择健壮无退化表现的植株取新鲜嫩叶2.0 g，参照Stewart等[14]提出的CTAB法提取基因组DNA，用NanoDrop核酸蛋白测定仪检测DNA的纯度，Qubit对DNA浓度进行精确定量。

1.2.3 SNP标记检测148个样品基因组DNA送至诺禾致源公司进行高通量重测序。高通量IlluminaHiSeqTM测序得到的原始图像数据经转化为序列数据，去除未测出的碱基等干扰信息后得到有效数据。通过BWA软件，将这些有效数据与已公布的马铃薯参考基因组(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/?term=Solanum+tuberosum+L.)进行比对。SAMTOOLS软件进行群体SNP的检测，贝叶斯模型检测群体中的多态性位点，通过有效过滤(测序深度>5X；最小等位基因频率MAF>0.1；Call rate>90%)，获得高质量的SNPs用于遗传多样性分析。

1.2.4 群体结构分析和聚类分析本研究以群体结构分析和聚类分析2种方法来探究148个马铃薯种质资源各品种间群体结构和亲缘关系，两者的结果可以相互验证。运用TreeBestv1.9.2软件计算距离矩阵，以此为基础换算成遗传相似系数，通过邻接法(neighbor-joining method)构建群体聚类图，引导值(bootstrap values)经过达1 000次计算获得。采用PLINK进行群体结构分析，首先创建PLINK的输入文件—Ped文件，然后利用admixture软件构建群体遗传结构和群体世系信息。PLINK (http://pngu.mgh. harvard.edu/-purcell/plink/)。

1.2.5 部分骨干亲本杂交后实生种子统计2018和2019年间按照育种目标对148份种质资源内筛选出的部分骨干亲本于马铃薯盛花期进行杂交授粉，待坐果成熟后对浆果内实生种子(True Potato Seed TPS)有无、数量等进行统计分析，并结合各品种间遗传相似系数即亲缘关系远近，为不同亲本间杂交组合选配提供参考。

2 结果与分析

2.1 DNA样本检测与重测序质量评估

148份马铃薯种质资源提取到的DNA浓度在20.6～166.0 μg/μL之间，平均为92.88 μg/μL，总量在2.47～17.42 μg范围内，平均为7.44 μg，表明DNA质量符合后续重测序的要求。经每样本重测序数据与参考基因组比对Q20值(错误率1%以下)在95.77%～98.04%，平均为96.92%，错误率在Q30值(错误率0.1%以下)在89.27%～94.16%之间，平均值为91.77%，GC含量在35.44%～36.34%之间，平均为35.79%。与参考基因组的比对率最高96.51%，最低93.53%，平均95.66%，测序深度最高21.91X，最低11.93X，平均深度为15.12X，平均覆盖度为95.55%。以上数据表明各样本与参考基因组的相似度达到重测序标准，并且足以满足该群体的遗传多样性分析。

2.2 多态性SNP位点的分布

经重测序148个马铃薯样本共获得2 315 860个SNP位点，过滤筛选后获得1 209 969个高质量SNP位点，其中被明确定位在染色体水平上的SNP位点为1 192 472个，比例为98.55%，这些SNP位点将用于148份种质资源的遗传多样性分析。

SNP位点从染色体分布情况来看差距较大，11号染色体没有SNP位点，而最多的是5号染色体有258 909个位点占总数的21.71%，其次为1号染色体的194531个位点占比为16.08%，之后依次为2号、10号、6号、4号、9号、8号以及3号和12号染色体，SNP位点数量分别为153 224、149 793、133 432、123 134、58 965、54 202、30 106、27 671个，占比依次为12.17%、12.38%、11.03%、10.17%、4.87%、4.48%、2.49%和2.29%，除了11号染色体外的7号染色体SNP分布数量最少为8 485个，仅占0.70%(图1)。

图1 SNP位点在染色体上的分布Fig.1 Distribution of polymorphic SNPs on chromosomes

2.3 各品种间的遗传相似系数

利用国内外148个马铃薯品种全基因组重测序获得的SNP标记，通过TreeBestv1.9.2软件计算出各品种间遗传相似系数，共获得10 878个遗传相似值，范围为0.784～0.958，平均值为0.842。遗传相似系数最低的是华北地区山西省农科院高寒区作物所育成的‘系薯1号’和同为华北地区内蒙古农业大学育成的‘内农薯1号’之间的0.784，遗传相似系数最高的是华北地区河北省张家口农科院育成的2个品种‘冀张薯-59’和‘冀张薯20号’之间的0.958。各品种间遗传相似系数主要集中于0.800～0.880之间，有10 604个，占97.5%，小于0.800的有55个，占0.5%，大于0.88的有219个，占2.0%(图2)。

图2 品种间遗传相似系数的次数分布Fig.2 Distribution of genetic similarity between varieties

按照各品种育成地区将中国马铃薯品种划分为华北、西北、东北、华中华东、西南等5个区域，国外品种划分为欧洲、美洲、亚洲(日本)等3个区域。对各区域内育成品种间遗传相似性进行分析发现(表2)，中国华北地区平均遗传相似系数为0.841，西北地区为平均系数为0.843，东北地区为0.842、华中华东地区是0.845，西南地区各品种间平均遗传相似系数最高为0.848，国外欧洲品种间平均遗传相似系数为0.844，美洲品种间平均遗传相似系数为0.850。数据结果表明无论是国内还是国外各区域品种间平均遗传相似系数差距不明显。

表2 不同地区育成品种间遗传相似系数

2.4 群体结构分析

将148个马铃薯品种通过PLINK和admixture软件构建群体遗传结构和群体世系信息。进行群体结构分析时将分群数K值设置为2-8。根据各品种间的交叉验证错误率ΔK最小时K=6，说明最佳分群K值为6(图3)，因此148个品种分为6个群最为接近于群体的真实情况(图4)，图中每一个直方柱子代表1个品种，每根柱子的颜色代表遗传组分的构成。利用admixture软件对每个个体的遗传背景进行分组并计算相应的Q值，即某一材料基因组变异源于某个群体的概率，Q值>0.6视为来源较单一、遗传背景较纯，Q值<0.6视为来源混合，遗传背景较为杂[15-16]。

图3 交叉验证错误率ΔK值随K值的变化Fig.3 The variation of cross validation error rate ΔK with K value

浅蓝色代表群组1；蓝色代表群组2；浅绿色代表群组3；绿色代表群组4；粉色代表群组5；红色代表群组6图4 148份四倍体马铃薯种质SNPs群体结构分析(K=6)Light blue blocks represent Pop1; Blue blocks represent Pop2; Light green blocks represent Pop3; Green blocks represent Pop4; Pink blocks represent Pop5; Red blocks represent Pop6Fig.4 Population structure analysis of 148 tetraploid potato varieties (K=6) by using identified SNPs

本次分析的6个群组主色段分别为浅蓝、蓝、浅绿、绿、粉以及红色。第一群组(Pop1)包括21个品种，主色段为浅蓝色，其中5个品种的遗传背景较纯，分别为中国农科院蔬菜花卉研究所的‘中薯19号’、‘中蔬9518-15’，内蒙古乌兰察布市农科院的‘乌兰一号’以及国外美洲地区加拿大的‘亨特’、美国的‘Atlantic’，其他品种含有多种遗传组分，属于混合型。第二群组(Pop2)蓝色为主色段，包括30个品种，其中6个品种的遗传背景较纯，分别是华北区中国农科院蔬菜花卉研究所的‘中薯10号’、‘中薯4号’及‘中薯21号’，河北省张家口农科院的‘坝薯9号’，西南地区云南省农科院经济作物所的‘云薯506’，美洲地区加拿大的‘阿旺’。其他品种均为混合型。第三群组(Pop3)有33个品种，主色段是浅绿，其中华北区山西省高寒区作物所的‘晋薯24号’、内蒙古农牧业科学院的‘红美’、河北省张家口市农业科学院的‘冀张薯5号’、中国农科院蔬菜花卉研究所的‘中蔬613’，西南地区贵州省威宁地区农科所的‘威176选2’以及欧洲地区俄罗斯的‘Epicure’和‘Cибиpяк’等7个品种的遗传背景较纯，其他品种为混合型。第四群组(Pop4)共18个品种，主色段为绿色，其中包括华北地区的‘中薯12号’、‘冀张薯-59’、‘冀张薯20号’，东北地区黑龙江省农科院克山分院的‘克新1号’以及美洲地区加拿大的‘贝勒斯利’和美国的‘Kennebec’等6个品种的遗传背景较纯。第五群组(Pop5)包括29个品种，主色段是粉色，其中6个品种遗传背景较纯分别是华北地区的‘冀张薯12号’和‘系薯1号’，西北地区甘肃省农业科学院马铃薯研究所的‘陇薯3号’，华东地区山东省希森集团的‘希森3号’以及欧洲地区荷兰的‘荷兰薯’和‘Favorita’，其余品种为混合型。第六群组(Pop6)包括17个品种，主色段为红色，其中6个品种较遗传背景较纯，分别为西北地区甘肃省农业科学院马铃薯研究所的‘渭会四号’，西南地区四川省农科院作物所的‘川芋39号’，东北地区吉林省蔬菜花卉科学研究所的‘春薯3号’，欧洲地区德国的‘强壮’、‘北斗星’,以及美洲地区美国的‘Katahdin’，其他品种为混合型。

2.5 聚类分析

为探明148个马铃薯品种间的亲缘关系，本研究以遗传相似系数为基础，通过邻接法构建NJ聚类图。结果表明(图5)，148个马铃薯品种被划分为3个类群。

图5 基于SNP标记的148份四倍体马铃薯种质的进化树Fig.5 Neighbor-joining tree for 148 tetraploid potato varieties based on SNP markers

第Ⅰ类有6个品种，也是3个类群中品种数最少的一个群，遗传相似系数在0.852～0.956之间。包含华北地区的3个品种，西北及东北地区各1个品种，国外美洲的1个品种。‘蒙薯18号’的父本‘3-4-4’和‘乌盟851’的母本‘474-7-9’有野生种的亲缘，据此推测仅这6个品种在148个群体中形成独立分支很可能与野生种亲缘有关。

第Ⅱ类有80个品种，分为3个亚类，遗传相似系数在0.784～0.956之间，平均为0.843，其中华北地区内蒙古华颂公司育成的‘华颂7号’与欧洲德国的‘Agria’遗传相似系数最高为0.956，华北区内蒙古农业大学育成的‘内农薯1号’与山西省高寒区作物所育成的‘系薯1号’相似系数最低为0.784。Ⅱ-1亚类有18个品种，主要包括华北地区5个品种，西北地区5个品种，国外美洲的5个品种，其中西北地区甘肃农科院育成的‘陇薯系列’5个品种紧相邻，美洲5个品种中除了‘亨特’为加拿大品种外，其他4个均为美国品种。从系谱上看，此亚类18个品种亲本大多为国外引进品种，尤其是‘Shepody’、‘疫不加’、‘燕子’、‘菲多利’等都是国外的老品种。‘Lenape’是‘Atlantic’的母本也是‘Belchip’的父本，因此‘Lenape’与‘Atlantic’相似系数较高为0.895，与‘Belchip’的相似系数为0.889。‘内农薯1号’与‘陇薯8号’的母本同为‘Atlantic’，两者相似系数较高为0.896，‘陇薯11号’和‘陇薯14号’母本为‘L9712-2’，两者遗传相似系数也为较高的0.881。Ⅱ-2亚类共有30个品种，此亚类较为典型的是中国农科院蔬菜花卉研究所育成的‘中薯系列’7个品种聚在此亚群，其中‘中薯19’号与‘中薯21’号父母本相同，为同胞关系，两者相似系数为0.899。‘中薯19号’、‘中薯21号’、‘中薯18号’的父本同为‘C93.154’，此类半同胞关系的遗传相似值也较高，‘中薯18号’与‘中薯19号’之间为0.854，与‘中薯21号’之间为0.876。‘中薯20号’的父本与‘中薯19号’和‘中薯21号’的母本同为品系‘92.187’，因此‘中薯20号’与‘中薯19号’的遗传相似系数为0.858，与‘中薯21号’的相似值为0.868。欧洲德国品种‘Agria’为荷兰品种‘Ramos’的母本，两者遗传相似系数为0.890。Ⅱ-3亚类有32个品种，为第Ⅱ类群中品种数最多的亚类，华北区品种有14个，其他品种无明显的地域性，育成地区比较混杂。从系谱角度观察，‘冀张薯14号’和‘冀张薯-88’为同胞关系，具有相同的父母本，两者遗传相似值是此亚群最高的0.955，‘陇薯12号’和‘陇薯13号’的父本同为‘L0202-2’属半同胞关系相似值为0.942，‘冀张薯8’号是‘冀张薯24号’的母本，其相似值是0.905。

第Ⅲ类共有62个品种，分为2个亚类，遗传相似值在0.789～0.958之间，平均值是0.847，其中华北区中国农科院蔬菜花卉研究所育成的‘中蔬613’和西北区甘肃农科院育成的‘陇薯5号’之间遗传相似系数最低为0.789，最高的是‘冀张薯-59’和‘冀张薯20号’之间的0.958，也是148群体各品种间遗传相似值最高的2个品种。Ⅲ-1亚类有22个品种，从聚类图上看华北区中国农科院蔬菜花卉研究所育成的 ‘中薯系列’3个品种相邻，河北张家口农科院育成的‘冀张薯-59’和‘冀张薯20’号相邻，其他品种无明显育成地区的一致性。由各品种系谱关系看，‘冀张薯-59’和‘冀张薯20号’为父母本相同的同胞关系，‘中薯3号’是‘中薯9号’的父本，两者之间的相似值为0.949。‘凉薯3号’是‘川芋10号’的父本，相似值为0.856。‘中薯9号’和‘XS-06YH-03’的母本同为‘Shepody’，两者的相似值为0.873。Ⅲ-2亚类共有40个品种，包括华北地区9个品种、西北地区6个品种、东北地区5个品种、西南地区5个品种、华中地区1个品种、欧洲8个品种及美洲的6个品种，品种育成区域较为混杂。东北地区5个品种均为黑龙江省农业科学院克山分院育成的‘克新系列’品种，其中‘克新23号’与‘克新25号’为同胞关系，在聚类图上紧相邻，遗传相似值为0.909。‘Desiree’是‘青薯168’的父本，两者聚类位置也是紧相邻，相似值为0.884，另外‘Shepody’是‘Innorvator’的母本，两者相似值为0.886，其他品种在系谱上无明显亲缘关系。

2.6 TPS情况统计分析

2018至2019年间按照“鲜食、高产(3 000 kg以上)”育种目标，筛选出骨干亲本38份，配制349个杂交组合，坐果并有TPS的组合(视为成功组合)32个，占9.17%。杂交成功组合中‘中薯12号’(♀)与‘早大白’(♂)之间的遗传相似系数最低为0.807，‘费乌瑞它’(♀)与‘冀张薯12号’(♂)的遗传相似系数最高为0.895，32个组合平均为0.843(表3)。

表3 2018和2019年部分骨干亲本杂交选配TPS统计

3 讨 论

种植资源是作物基础研究和遗传改良的基础物质，其数量和质量是定向育种的两大制约因素[17]。而种质资源的遗传多样性是育种工作中各品种间的杂交选配、亲缘关系远近、杂种优势强弱的重要指标，因此，对种质资源的遗传背景，各品种间的遗传相似系数的了解显得格外重要[18]。随着测序技术的发展从起初的第一代测序到现在第三代高通量测序使得各作物的起源、驯化、传播，各群体间的遗传多样性研究更加深入明了。相对于简化基因组测序，全基因组重测序理论上应该覆盖整个基因组，测序深度10X以上可覆盖整个基因组的90%～99%，足以达到群体遗传多样性分析。分子标记从最初的限制性片段长度多态性(RFLP)经历了随机扩增多态性DNA(RAPD)及简单序列重复(SSR)直到现在的SNP，可谓层出不穷[19]。SNP作为第三代分子标记是基于第二代SSR等分子标记发展起来的新型标记技术，近年来已广泛应用于水稻、玉米、小麦、棉花等各类作物的品种鉴定、遗传图谱构建以及全基因组关联分析等研究工作[20-22]。相对于其他分子标记，SNP在基因组上做到了单个核苷酸水平，且具有分布广泛、数量多、遗传稳定性强等优点；其缺点是做到全基因组水平的SNP标记的话测序成本较高，易发生假阳性、错误率高等[23]。因此，为了确保获得高质量的SNPs一定要严格把控测序深度、最小等位基因频率、比对率等过滤标准。本研究中，为了获得高质量的SNPs，148份样品的平均测序深度为15.12、Q30值为91.77%、最小等位基因频率高于10%，正是因为高标准的过滤参数使得低质量的SNPs被去除掉，这也许就是导致11号染色体未能检出高质量SNP的原因。

群体结构分析主要是能够明确该群体的分群合理性及每个个体遗传组分的多少。本研究中，148份马铃薯品种被划分为6个群组，Q值>0.6的品种有36个，占比24.3%，说明遗传背景纯、来源较单一的品种占比不大，大部分品种遗传组分混杂程度较高，基因交流较多。这36个品种中来源为华北地区品种有16个占44.4%，国外品种有13个占36.1%，二者共占80.5%，说明华北区育成品种及国外品种的遗传背景纯正比例相对高于其他区域品种。这可能是由于中国马铃薯北方一季作区气温较低、降雨量少、无霜期短适宜生长的品种较少，供育种者们选择的骨干亲本较少有关。聚类分析呈现的是群体样本DNA序列间的差异，也就是各品种间的亲缘远近关系。148份种质资源被划分为3个群，遗传相似系数0.784～0.958之间，平均0.842。按照品种来源即育成单位地理位置划分为8个区域，各区域相似值在0.841～0.850之间，区域间平均相似系数差距不明显。从聚类图上看，西北地区‘陇薯系列’的7个品种集中在Ⅱ-1亚群，华北地区的‘中薯系列’6个品种则集中在Ⅱ-2亚群，‘冀张薯系列’的5个品种集中于Ⅱ-3亚群，而‘中薯系列’的3个品种和‘冀张薯系列’的2个品种相邻于Ⅲ-1亚群，由此看出北方一季作区育成的部分品种聚在一起有着一定的地理区域性与段绍光等[24]利用SSR标记分析马铃薯品种遗传多样性结果相一致。华北区品种在聚类图上显示相邻的结果与群体结构分析遗传组分单一，遗传背景狭窄相互验证。其他区域品种总体上看来并无明显的地理区域性，不同地理来源的马铃薯品种相互交错分布，说明品种来源的地理差别与亲缘关系并无必然联系，此结果与王舰[11]分析结果一致。究其原因：首先，各育种单位相互引种频繁，在长期的选育过程中存在基因交流的情况；其次，不同区域引种品种为适应当地环境，逐渐减少了遗传差异所致。

群体结构分析与聚类分析对比发现，群体结构分析的Pop1(21个品种)与聚类分析的Ⅱ-1亚群(18个品种)有12个品种相同，Pop2(30个品种)和Ⅱ-2亚群(30个品种)有13个品种相同，Pop3(33个品种)与Ⅱ-3亚群(32个品种)的相同品种有13个，Pop4(18个品种)的8个品种聚在Ⅲ-1亚群(22个品种)，Pop5(29个品种)与Pop6(17个品种)共46个品种和Ⅲ-2亚群(40个品种)与Ⅰ群(6个品种)的46个品种相对应有15个品种相同，以上结果说明群体结构分析与聚类分析分群结果基本吻合，也相互验证了148份种质资源分群的合理性。

系谱分析与全基因组SNP标记的聚类分析相结合发现，同胞关系的品种基本聚在一起。例如：‘冀张薯14号’、‘冀张薯20号’、‘冀张薯-59’及‘冀张薯-88’为父母本完全相同的同胞关系，聚类结果显示‘冀张薯14号’和‘冀张薯-88’相邻于Ⅱ-3亚群，‘冀张薯20号’和‘冀张薯-59’相邻在Ⅲ-1亚群。‘克新23号’与‘克新25号’也是同胞关系，二者相邻在Ⅲ-2亚群，‘中薯19号’和‘中薯21号’聚在Ⅱ-2亚群。半同胞关系的品种也基本聚在同一亚群中，在聚类分析结果中已举例说明。由此可见，本次筛选到的SNPs可以揭示马铃薯品种资源的遗传差异以及品种间的亲缘关系。当然，系谱信息与聚类结果不一致的现象是存在的，例如：‘燕子’是‘乌兰一号’的母本，‘Favorita’是‘蒙薯18号’的母本，‘Innovator’和‘XS-06YH-03’母本相同，‘陇薯8号’与‘冀张薯12号’母本相同，系谱信息显示以上品种间确实存在亲缘关系，但并未聚在同一个亚群。出现此类现象可能与以下几点有关：一是马铃薯普通栽培种为同源四倍体，有48条染色体，形成配子多样性高，遗传分离较大；二是育种者往往注重高产、抗病等性状，长期的定向育种造成某个性状位点过于集中，从而造成其他性状位点逐渐丢失；三是往往育种单位种质资源品种较多，在引种、繁种、保种时难免会出现系谱或品种名称记载偏差的可能，导致同物异名、同名异物的结果。

马铃薯有别于其他主粮作物的最大特点是无性繁殖。优点在于只要获得综合性状优良的个体后，通过无性繁殖的方式可以将其稳定下来，从而获得稳定的品种品系；但是，由于无性繁殖的特征也使得现有马铃薯普通栽培种处于遗传杂合状态，而这对于新品种选育来说是不利的[25]。马铃薯普通栽培种均为同源四倍体材料，四体遗传和高度杂合的特点提高了性状分离的复杂程度，使得马铃薯杂交组合必须要有相当大的群体，从而提高优选率。育种工作中亲本的选配对于是否能得到优良后代是至关重要的。父母本的遗传背景差异大、亲缘关系较远的组合其杂种优势更强，变异类型更多，优选几率也会更高一些。本研究中通过2年部分骨干亲本的杂交情况看出，马铃薯普通栽培种的杂交成功率很低，349个杂交组合中仅有32个组合杂交成功，占比仅为9.17%，从遗传学角度考虑这与近缘杂交形成的杂种优势不强、变异类型不多、遗传背景狭窄等因素有着密切的关系。32个成功组合的平均父母本遗传相似系数为0.843，因此推断制定杂交组合选配时可以考虑0.843为父母本的遗传相似参考值，育种目标相同情况下，应该考虑遗传相似值在0.843以下的2个品种作为优选，以便提高杂交成功率。

本研究以国内外148份四倍体马铃薯普通栽培种为群体，通过第三代高通量测序手段进行全基因组重测序，以SNP为分子标记，遗传相似系数为指标，利用群体结构分析与聚类分析相结合的方法，参照系谱信息，初步明确了各品种间的遗传背景和亲缘关系及群体的遗传多样性。旨在现有条件下尽可能避免亲缘关系过近品种间杂交，有助于丰富育成品种的遗传多样性，为马铃薯普通栽培种育种工作的亲本选配提供参考。本研究相对于同类研究，首次采用全基因组重测序技术，获得的高质量SNP数量较大、各品种系谱信息较全，为分析结果的可靠性提供了保障。

研究发现，以SNP为分子标记的遗传多样性分析结果显示，部分马铃薯品种间亲缘关系具有一定的地理区域性，但并非必然关系。148份种质资源中大部分品种间遗传相似系数较高，遗传背景不够丰富，杂交成功率低，因此，在育种中亟需引入新型种质资源，继而为种质创新提供更丰富的遗传基础。