SNP基因分型说明了植物的遗传多样性大希腊葡萄种质资源及其历史渊源和传播

背景

大希腊意大利南部是现代地缘政治地区的古老名称，广泛居住着希腊殖民者，考古和历史证据表明，它是意大利最古老的葡萄酒种植区，对地中海沿岸的专门葡萄栽培的传播至关重要。这里是遗传多样性大希腊对葡萄种质资源进行了评价，强调了其在地中海流域葡萄繁殖中的作用。

结果

大量的葡萄藤从大希腊利用18 K SNP序列与来自格鲁吉亚和伊比利亚半岛的种质进行比较。分析的种质具有较高的遗传多样性;聚类分析、结构分析和dacc (Discriminant analysis of Principal Components)分析突出了意大利南部和地中海东部(希腊)的基因型之间的遗传关系。基因从东(格鲁吉亚)到西(伊比利亚半岛)在大量检测的混合样品中被确认。系谱分析表明，品种来自于一个复杂而结构良好的一级关系网络大希腊主要是参与。

结论

这项研究提供了证据，大希腊由于意大利南部和希腊基因型之间的紧密联系，该地区发生的历史事件塑造了种质资源，以及在这些不同的葡萄酒种植区种植的品种可获得的不同热资源。这一地形平台的独特性主要是复杂的自然或人为杂交的结果，涉及优良品种。

小道消息(葡萄属亚种．漂白亚麻纤维卷)是现代世界上最重要的经济水果品种之一;产于西亚，从跨高加索到西欧和地中海盆地周围广泛种植[1］．野生形式(subsp。结果表明)被认为最早出现在大约6500万年前，它的驯化与酿酒密切相关[2，3.，4］．This process occurred about 8000 years ago and took place in the Caucasus, in an area located between the eastern coast of the Black Sea and the southern coast of the Caspian Sea [2，5，6］．从那里，驯化的葡萄传播到地中海东南部地区。在公元前5000年的下半叶，葡萄出现在希腊南部，然后传播到巴尔干南部、中欧和西欧，遍及意大利南部。7，8］．

在欧洲国家中，意大利是主要的葡萄酒生产国之一。正如OIV《世界葡萄栽培统计报告》所述，2016年意大利的葡萄种植面积达到69万公顷，葡萄酒和餐桌葡萄市场的葡萄产量为790万吨，葡萄酒产量为5090万公升。http://www.oiv.int/en/)．在意大利葡萄的国家注册650余个品种包括（http://catalogoviti.politicheagricole.it/catalogo.php），占葡萄多样性的切片，由意大利种质资源的遗传分析，包括地方品种，最广为人知的国家品种[评估9，10，11，12，13，14，15］．在不同的葡萄酒收集区域收集的基因型中检测到大量的同义词[15，16，17，18，19］．然而，意大利葡萄品种的数量仍然很大，因为在过去，通过自发杂交的有性繁殖和无性繁殖一样普遍，从大量鉴定的意大利品种之间的亲缘关系可以看出[10，14，15，16，20.，21，22］．葡萄栽培的最古老的考古证据在意大利的历史可以追溯到Epigravettian和中石器时代时期，在德尔格罗塔Romito（科森扎，卡拉布里亚）和Grotta的dell'Uzzo（特拉帕尼，西西里岛），分别为，其中野生葡萄种子已经确定[23，24］．西西里岛和意大利南部的其他地区(卡拉布里亚、坎帕尼亚、巴利卡塔和普利亚)在希腊殖民期间将葡萄栽培引入意大利，并沿着意大利半岛传播到法国南部(马赛)和西班牙西部起到了关键作用。25］．根据文化和历史文献，最早引入意大利南部的品种有:i)“Biblia”，由锡拉库萨国王波利斯·达尔戈(Pollis d’argo)从爱琴海东北部引入;ii)“Morghio”，引入南部的Bruzio(现在称为卡拉布里亚);iii)“Lagaria”，引入Metaponto地区(Basilicata) [26］．这些品种与本地品种的共存将有助于形成意大利半岛复杂的地形平台，作为一个品种混合和交换的地区，这导致了混合的遗传结构[12，27］．这些作者指出，意大利葡萄种质缺乏结构，与发生在这个国家的历史事件(希腊殖民，罗马帝国，西班牙殖民)在几个世纪的过程中，可能是由于意大利半岛内外葡萄植株的不断交换。

根据考古植物学数据，意大利葡萄的驯化主要由当地葡萄种群决定，与希腊世界的葡萄品种共享基因库，那里的葡萄栽培已经达到了高度专业化[28，29］．经过长期的杂交和基因型选择，形成了葡萄二级驯化中心。这一假设得到了种子遗骸显示两个亚种之间的中间性状的发现的支持结果表明和漂白亚麻纤维卷，在Filicudi和Salina（西西里岛）的岛屿上，参考中间青铜时代[29，30.］．在Strepparo和Cento Moggie (Campania, Caserta)的遗址发现了发达的种植系统的第一个证据，可以追溯到青铜时代中期，在那里发现了葡萄枝[31］．

利用SSR (Simple Sequence Repeat)技术研究意大利南部葡萄种质资源的遗传多样性[9，10，11，14，32]，识别同义词/同义词[10，14，16]及父母关系[14，15，16，19，20.］．意大利南部地方种质的结构和遗传多样性符合其历史和地理背景，并证实了许多同义词、同音异义词和亲代关系。此外，品种的鉴定，如Sangiovese，显示出与意大利南部种质的几个亲缘关系，加强了这个酿酒平台的遗传复杂性[14，15，16，20.，21，32，33］．

最近，葡萄基因组的测序和重测序程序生成了一个数据库，包括大量的单核苷酸多态性(SNP)，有助于建立不同的基因分型SNP面板，为SNPlex™和芯片阵列策略开发[13，34，35，36］．从17个葡萄(10个栽培葡萄)的DNA样本中获得了一组初始的10k SNP位点V. Vinifera.和7野生vitis.物种)由Myles等人开发[36］．GrapeReSeq财团开发了Vitis18KSNP芯片阵列，从中选择了18,775个snpV. Vinifera.和vitis.种虫害基因型(35］．最后，Marrano等人[37通过限制性位点相关DNA测序的新方法，在栽培和野生葡萄品种中描述了一组新的37k SNP。

尽管这种分子标记具有双等位特性，但SNP集的有效性已经得到证明。他们被证明足以调查遗传变异，区分V. Vinifera.种群，在野生和栽培区域之间V. Vinifera.和野生vitis.物种(15，33，34，35，35，37，38，39，40，41］．此外，SNP能够推断基因结构[13，38]及确认亲属关系[15，34，38，42］．此外，SNP基因分型的优点是:1)实验室间重复性高，无需与参考品种进行标准化;ii)位点可用性，可以从基因组序列中检索到数千或数百万个SNP;3)高通量，可在一个芯片上多路复用数百或数千个位点;Iv)自动化，样品加工可完全自动化。

大希腊是公元前八世纪时由希腊人殖民统治意大利南部的古名（巴西利卡塔，卡拉布里亚，坎帕尼亚，普利亚和西西里时下区）。这一地区被希腊文明的影响，风俗习惯和文化传统，如语言，宗教仪轨和农业，包括葡萄种植和其品种[方面25］．在这里，始致的葡萄园的大种质收集大希腊采用Vitis18kSNP芯片进行基因分型，进行同义/同源性鉴定，研究其遗传多样性、群体结构和亲本关系。为了突出主要驯化中心(高加索地区)和次要驯化中心之间的东西方向的基因流动，分析中包含了从格鲁吉亚到伊比利亚半岛的基因型SNP数据集。

植物材料

共有140份葡萄种质，源自意大利南部，希腊和地中海东部（波斯尼亚和黑塞哥维那，克罗地亚，黎巴嫩，黑山，斯洛文尼亚，土耳其）被Vitis18kSNP芯片阵​​列基因分型（表1；无花果。1)．意大利的葡萄样本来自五个自古以来就适合种植葡萄的地区:巴西利卡塔、卡拉布里亚、坎帕尼亚、普利亚和西西里亚。在这组样本中，分别包含了来自西西里和卡拉布里亚的10个和32个品种的SNP谱[15，38以及Aglianico的SNP分析[41］．alatico, Moscato bianco, Pinot noir and Sangiovese profiles [38]作为参考品种最终纳入数据集。植物材料的详细清单在附加文件中报告1a，包括9个位点(VrZag62, VrZag79, VVMD5, VVMD7, VVMD25, VVMD27, VVMD28, VVMD32, VVS2;［43，44，45，46]）已经公布或从我们的私人数据库来。这个样本集，包含上述187个基因型，从这里在名为样品组＃1。

调查角色麦格纳Grecia种质到葡萄的驯化和传播过程中，与已有的SNP谱增加了我们的样本组（＃1）。该第二样品组（＃2）包含从样本集＃1的42个品种来自Georgia来SNP谱的De Lorenzis等人已经描述的基因型。［39]和来自格鲁吉亚、土耳其、塞浦路斯、希腊、黎巴嫩、巴尔干半岛、意大利、法国和伊比利亚半岛的品种的478个SNP谱的子集[22)(附加文件1b).这第二组样本集包含上述709个基因型，从这里开始命名为样本集#2。

DNA提取和基因分型

基因组DNA由DNeasy™植物迷你试剂盒(Qiagen - Hilden，德国)从100 mg嫩叶组织中提取，按照制造商的说明。分别使用NanoDrop分光光度计(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA)和Qubit 3.0荧光仪(Thermo Fisher Scientific)的Quant-iT dsDNA HS检测试剂盒检查质量(260/230和260/280比率)和提取的DNA数量。

使用Vitis18kSNP序列(Illumina Inc.， San Diego, California)，包含18071个snp，对195个样本进行基因型分析。由Fondazione Edmund Much (San Michele all’adige, Trento, Italy)实验室对200 ng基因组DNA进行扩增。利用Illumina Inc.的GenomeStudio Data Analysis V2011.1软件的基因分型模块1.9.4对SNP呼叫进行评分。在最终的数据集中删除了通话质量值(p50GC)低于0.54的SNP位点，以及GenTrain (GT)评分值低于0.6的位点。［39]那些缺失数据百分比高于20％和次要等位基因频率（MAF）的百分比低于0.05。

数据分析

样本集# 1

在第一个样本集(#1)上，评估了遗传距离和变异性。通过观察到的杂合度(H_o)，期望杂合度(H_e) ［47，由PEAS 1.0软件计算得到的次要等位基因频率(MAF) [48[inbreeding系数（f）由R 3.4软件确定[49］．基因型间的遗传距离用poppr［50在Nei’s距离上建立距离矩阵[51]和UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean)算法进行聚类。使用MEGA 5.0软件绘制圆形树状图[52］．

样本集# 2

对于样本集#2,H_eH_o如样品集＃1所述进行MAF和F索引和集群分析。DENDORGRAM显示为MEGA 5.0软件中的拓扑[52，其中基因型之间的关系忽略了分枝长度。

对遗传结构进行了详细的研究，并实现了一种基于贝叶斯模型的聚类算法tess3R包(53］．根据SNP谱，个体被分配到K个居群中，估计每个居群中每个基因型的成员比例。对每个K值重复算法10次，空间正则化参数的lambda值为1，所选择的方法为“投影”。Ls”(交替投影最小二乘算法)，优化算法的最大迭代次数为200，公差(与优化算法的停止准则对应的值)为1e-05。通过检验交叉验证曲线估计最可能的K值，并将结果(每个基因型在每个K处的隶属度比例)插值到一张地理地图上。

主成分的判别分析［54)，以使用该包装鉴定遗传簇adegenetR软件[55］．最大聚类数设置为10，主成分分析(PCA)中考虑的轴数设置为60。结果被视为二维散点图。H_e计算值，利用Nei 's标准遗传距离对dpac聚类间的遗传分化进行验证[52，56]及成对的Fst分析[57]，在r，使用nei.dist的函数Poppr包(50),pp.fst的函数HierFstat包(58),分别。采用R软件包对隔离距离(IBD)关系进行Mantel试验adegenet［55]，计算种群间遗传矩阵(Nei’s和Fst)与地理距离的显著相关性。Four-population测试(A、B;C、D)在TreeMix软件中实现[59]用于检测dpac鉴定的聚类间的基因流动。f-statistics的标准误差在500个snp(即- k500)的区块中计算。一个重要的非零Z-score表示A,B和C,D之间的基因流动。较高的值表明树中存在基因流动。

为了推断非冗余个体之间的关系，采用PLINK 1.07软件计算IBD指数[60］．IBD指数计算两种基因型由单一祖先基因型派生而来的概率，而这两种基因型并非偶然相同。MAF值设为0.1,r²的连锁不平衡值。一对基因型之间的关系被分配考虑四个参数:Z0(分享0 identical-by-descent IBD等位基因的概率),Z1(概率分享1 IBD等位基因),Z2(概率分享2 IBD等位基因),和PI-HAT(亲缘测量测量PI-HAT = P (IBD) = 2 + 0.5×P (IBD = 1))。当Z0和Z2值接近0、Z1值接近1、PI-HAT值接近0.5时，为一级亲本(亲代);当Z0和Z2值接近0.25、Z1值接近0.5时，为二级亲本(亲代)。通过Circlize R包获得的圆形可视化显示了样品间一级和二级关系的概述[61］．一阶关系网络由R network包获得[62］．

遗传多样性大希腊种质资源

利用基于SNP芯片阵列的高通量基因分型系统Vitis18kSNP阵列，研究了意大利南部和地中海东部(波斯尼亚和黑塞哥维那、克罗地亚、希腊、黎巴嫩、黑山、斯洛文尼亚、土耳其)葡萄品种的遗传多样性。最终的数据集统计了11023个loci(附加文件2(1) 73个位点(小于1%)未扩增全部基因型;ii) 4616个基因座(25%)GT值低于0.6;iii) 1937个单形位点(GT过滤后占数据集的12%);iv) 495个基因座(占结果数据集的4%)MAF值低于0.05。所有位点p50GC值均高于0.54，未检出非召唤位点百分比高于20%的基因型。H_o值低于样本集1中所有种质的期望值，范围从0.2873(地中海东部群体)到0.3060(意大利群体)。总H_e值为0.3179，范围从0.3017(格鲁吉亚)到0.3471(意大利南部，卡拉布里亚)(表2)．MAF的总体值为0.22062)， 11,023个SNP位点中有1102个(约10%)MAF值低于0.100。不同种群间的MAF值相似，范围从0.2176(希腊)到0.2270(意大利南部，卡拉布里亚)(表2)．F指数(近交系系数)的取值范围为0.1276(希腊)到0.1906(意大利南部，卡拉布里亚)，总体种群的值等于0.1496。

根据18 K SNP基质数据建立UPGMA树状图，研究基因型之间的遗传关系(附加文件)3.)．相似度的范围从100到83%不等。共检测到158个独特的基因型，在意大利的两个地区，卡拉布里亚和巴西利卡塔发现了更多的同义词。来自意大利不同地区、意大利和东地中海(Kratosija和Primitivo)样本的基因型之间也发现了其他同义词。其中的同义词大希腊种质在附加文件中列出4．在希腊基因型中，moschfilero和Mavrodaphni显示出相同的SNP图谱。聚类分析无法根据地理来源来定义群体。事实上，来自意大利不同地区的样本被聚在了一起。然而，希腊人的基因型是聚集在一个群体中，包括东地中海的大部分样本。黑皮诺、特兰和一些意大利基因型作为最遥远的基因型聚集在一起，作为外群。

地中海盆地种质资源遗传多样性

为了比较之间的亲缘关系麦格纳Grecia从格鲁吉亚到伊比利亚半岛的邻近葡萄酒种植区的基因型(包括在样本集1中)，建立了第二个名为样本集2的数据集，包括来自De Lorenzis等人已经可用的数据。[39]和Laucou等人。［22］．最后一组占7396个snp的709个配置。709个基因型中有19个重复。重复的基因型在99%的SNP位点上显示出相同的SNP位点。不一致的原因是缺少值。H_eH_o，测量MAF和F指标，基于地理区域和历史影响，从东到西，格鲁吉亚，地中海东部海域的国家（土耳其，希腊，塞浦路斯，黎巴嫩和巴尔干半岛），意大利南部，北意大利，法国和细分样本伊比利亚半岛（西班牙和葡萄牙）;每每个群体的值被记录在表3.．地中海东部和意大利北部的H值分别最低和最高_o(0.2819和0.3262)和H_e(0.3067和0.3406)。格鲁吉亚种群MAF值最低(0.2157)，意大利北部种群MAF值最高(0.2368)。F指数格鲁吉亚最低，为0.1044，南意大利最高，为0.1830。

采用Nei’s distance (Nei 1972)和UPGMA算法(supplementary file)，从709个基因型的SNP数据矩阵中检测基因型之间的遗传关系5)．基因型的相似性值在88 ~ 100%之间。在意大利南部的样本中，与其他人群的基因型相比，没有发现新的同义词，除了上面已经描述的“遗传多样性”大希腊种质资源”。这里突出了三个主要的集群，最大的包括来自地中海东部、意大利南部和伊比利亚半岛(C1)的样本。第二组样本仅来自格鲁吉亚(C2)，第三组样本主要来自意大利北部和法国(C3)(补充文件)5)．此外，在C1聚类中，来自地中海东部、意大利南部和伊比利亚半岛的样本有明显的基因型区分，而来自伊比利亚半岛的25%的样本和来自法国和意大利北部的样本被归为C3。

人口结构的大希腊和地中海盆地种质

对样本集2的遗传类群的可能数量(K)进行了调查tess3ř包。The algorithm for cross-validation curve revealed K = 3. Fifty-nine out of 709 genotypes (around 8%) showed a percentage of membership > 80% (Additional file6)．所有这些结构化基因型都来自乔治亚州。祖先系数由tess3在空间上插入到地图中(图。2)．虽然混合基因型数量较多，但祖先比例的空间插值推断出来自格鲁吉亚、东地中海国家和意大利南部的指定基因型属于同一聚类。第二类主要包括意大利北部和法国的样本，第三类是有限的伊比利亚半岛样本。

dpac鉴定出5个聚类:聚类1主要包括法国基因型(78%);聚类2是最混杂的聚类，主要来自地中海东部国家(97%)和意大利南部(59%)的样本，以及格鲁吉亚、法国、意大利北部和伊比利亚半岛的基因型;第3组仅包含格鲁吉亚样本(87%);聚类4,65%来自伊比利亚半岛的样本，而聚类5仅包括来自意大利南部的样本(31%)(图4)。3.和额外的文件7)．前两个主成分图区分了第3、4和5类，而第1和2类之间的差异不太明显(图3)。3.)．除第5类外，这5个遗传簇没有受到地理上的限制，证实了高水平的遗传混合。基于平方距离的种群之间的最小生成树显示出来自群2的样本与包含在群3、群4和群5中的样本之间的距离相等。H_eDAPC的值范围为0.2716（群集5）至0.3073（群集1）（表4)．Nei的两两遗传距离范围为0.0036(聚类2对聚类4)至0.100(聚类3对聚类4)，而Fst指数范围为−0.633(聚类3对聚类4)和−0.209(聚类2对聚类4)8)．

通过Mantel测试来检测隔离距离，验证了dpac分析所提示的地理格局。在这两项分析中，发现了遗传(Nei’s和Fst)和地理距离矩阵之间的相关性(附加文件9),r地理距离矩阵= 0.751,Nei’s和Fst矩阵=−0.789。

四总体检验f图4（A，B; C，d）测试是否人口A和B相对于人口d和C可以在群体树被视为不同的分支。The groups showing the highest non-zero Z-score values, suggesting gene flow, were Cluster 1 and 5 vs. Cluster 2 and 3 (Z-score = − 7.2797) and Cluster 1 and 4 vs. Cluster 2 and 3 (Z-score = − 9.2147) (Additional file10)．

亲子关系的分析大希腊种质资源

在样本集#2中的709个基因型中检测到了第一(PO，父母-后代)和第二(祖父母-祖父母，半兄弟姐妹或叔叔-侄子)关系，以确定意大利南部样本的拟系谱。附加文件中报道了意大利南部样品中检测到的PO和二级关系的Z0, Z1, Z2和PI-HAT值11．来自意大利南部的多达82个基因型几乎共享一个PO关系，同时检测到100个PO关系(附加文件)11额外的文件12)．大多数关系是在南部意大利基因型之间识别的。还确定了人群间关系（南意大利基因型和其他人群之间），例如Puglia和东地中海样本（Primitivo和Blatina，Pampanuto和Plavina），Calabria和东地中海样本（Lacrima Bianca和Ladikino），坎帕尼亚和伊比利亚半岛（格洛丽亚和Breval Negro）。

关系数量最多的栽培品种是Sangiovese（13）和Mantonico Bianco（10）（图。4额外的文件11额外的文件12)．桑娇维塞分享与品种亲属关系从五分之四的意大利地区调查：巴西利卡塔（Stampacavallo，Strinto porcino），卡拉布里亚（郎世宁波瓦，Gaglioppo，Toccarino），普利亚大区（Negrodolce名词）和西西里（Arbanello，Frappato，Lievuso，Lucignola，Orisi，裴礼康）。此外，桑娇维赛表现出与Ciliegiolo [PO关系22］．Mantonico Bianco与巴西利卡塔(Trebbiano antico)、卡拉布里亚(Gaglioppo, Gallico n.， Guardavalle B .， Occhi di Lepre, Mantonico n.)和西西里岛(Catarratto, Lievuso, Nerello mascalese和Nero d 'Avola)的基因型呈一级亲缘关系。

Bombino bianco的Z0, Z1, Z2和PI-HAT值与Bombino n.， Cococciola, Colatamurro, Impigno b.， Montepulciano, Sanguinella b.和Uva di Troia的PO关系相似(附加文件11额外的文件12)．亚格丽安尼克表现出与亚格丽安尼克安蒂科，Aglianicone，Aglianicone迪Cardile，Cannameloñ。，罗萨迪Moico和罗萨圣尼古拉（附加文件PO关系11额外的文件12)．

8种基因型显示二级关系，总共6种关系(附加文件)11额外的文件12)．这种二级关系在意大利的样本中已经被确认，在内雷罗·卡普乔(西西里岛)和西班牙的莫拉特之间也被确认．

大希腊种质具有高遗传多样性

在vitis18ksnp阵列中持有的18,071个SNPS用于调查葡萄种质的遗传多样性大希腊．由于其在地中海盆地的中心地位和与其他地中海国家的政治、经济联系，之间的遗传关系大希腊来自邻国和主要葡萄驯化中心的种质[2)进行评估。为了完成遗传特征，我们建立了两个不同的数据集。第一个样本来自大希腊来自希腊和巴尔干半岛的一些样本，称为样本集#1(表1)1和额外的文件1a).建立样本集#2，添加到先前报道的地中海地区(从格鲁吉亚到葡萄牙)葡萄藤的第一个SNP profiles [22，39)(附加文件1b)。

在1号样本集中，所有的样本都成功进行了基因分型，产生了11023个多态SNPs(附加文件)2)，滤除未整体放大整个数据集，GT阈值未达到0.6、单形且MAF值低于0.05的位点。即使数据集是分类的，单形位点的数量也相当高，达到12%。然而，考虑到该序列中25%的SNP基因座来自于其他基因座，未显示扩增的基因座数量(1%)是合理的vitis.基因组而不是从V. Vinifera.［35］．这一结果可与先前报道的结果相媲美[15，38，39］．H_o值(约为0.3000)与H_e值为0.3179，表明种群可能受到频繁近亲繁殖事件的影响2)．这些数据支持了先前基于两种不同的[13，33，34，37]和相同的单核苷酸多态性[15，38，39］．意大利种群及其亚种群的H值最高_e值，表明遗传变异水平相对较高。MAF值的分布(表2)，显示MAF值低于0.05的基因座百分比(4%)与使用不同SNP面板观察到的基因座百分比非常相似[13，34，37］．低F值(在人群中为0.1496;表格2)是由观察到的高水平杂合度所证明的，如前所述[3.，63］．

在合并格鲁吉亚及地中海盆地国家的基因型后[22，39用样本集1，得到的样本集2统计到709个样本在7396个SNP位点进行基因分型。重复的基因型在SNP图谱中显示了99%的同源性，证明了该基因分型工具的高重现性[38，以及合并来自不同科学报告的大型数据集的方便性[22］．同样地，样品组＃2显示的杂合性高的值（总ħ_o = 0.3112, total H_e= 0.3273)和H_o高于H的值_e值(表3.)．在两个数据集中，地中海东部种群的杂合度值最低2和表格3.)，而意大利北部地区的基因型遗传多样性最高(见表)3.)．两个数据集的MAF和F值相似，乔治亚州的MAF和F指数均最低，而意大利北部和南部种群的MAF和F值分别最高(表2)3.)．两个数据集之间的遗传变异的统计相似性表明这些参数不受群体大小和基因座的数目。

共同的遗传背景大希腊种质资源

对样本集#1进行聚类分析，确定了22例同义词(附加文件3.额外的文件4)，其中大多数是在意大利样本中检测到的。一些品种在一个以上的地区鉴定，如Nerello mascalese(来自西西里岛)，也在卡拉布里亚和坎帕尼亚鉴定。齐比博在坎帕尼亚和西西里亚取样，基普里蒂沃在坎帕尼亚和黑山(Kratosija)取样，其他研究已经报道[10，14，15，21，64，65，66，67］．许多已知的同义词被确认，而其余8例同义词是首次在这里被确认(补充文件)4)．Moschofilero-Mavrodaphni的同义词是一个明显的错误命名，因为他们被认为是不同的基因型[68］．

聚类结果没有反映出意大利南部样本的地理来源，证明具有共同的遗传背景;即使一些品种被聚为外群(附加文件3.)．此外，将意大利和希腊样本分组在同一组中与连接这两个地区的历史事件是一致的[25］．这些结果支持的假设，在希腊殖民化期间，Calabria和Sicilia在评估来自东地中海的品种的潜力以及首先在南意大利和意大利（意大利中，意大利）和法国之后的展示中发挥了重要作用。25，69］．在评估期间，进口的品种可以与野生驯化当地葡萄杂交，当时与已经在进行野生葡萄的驯化过程重叠[70］．

格鲁吉亚葡萄种质的独特性

高加索是葡萄种植的地方[71］．利用SSR和SNP分子标记对乔治亚州野生和栽培葡萄种质资源的遗传多样性进行了广泛的研究[14，22，27，34，72，73］．结果表明，该种质与其他欧洲样品相比具有独特的性状和较高的杂合度，具有独创性。这种唯一性得到了这里应用的大多数统计数据的证实。聚类分析和dpac将格鲁吉亚的样本与其他样本分离(附加文件)5,无花果。3.)．这种分化也通过Nei’s和Fst的成对遗传距离值来说明(附加文件)8)．确实，包括格鲁吉亚基因型在内的两两分析显示Nei’s和Fst遗传距离分别最高和最低。尽管混合程度很高，结构分析确定了三个祖先群体(图。2)．格鲁吉亚种质根据来自地中海东部和意大利南部的基因型进行分类，但作为独特的群体，基因型结构良好，成员比例为> 80%(附加文件)6)．通过祖先值的空间插值也突出了相同的结果（图。2)．

葡萄藤的分布路线从格鲁吉亚经由伊比利亚半岛大希腊

驯化的葡萄逐渐从高加索地区经安纳托利亚和希腊向西传播，并由希腊人从这一地区传入意大利南部[71］．在希腊，最古老的葡萄栽培证据可以追溯到BC的第5毫升[74，75]，而在意大利，葡萄种植始于公元前9世纪[76］．

迈尔斯等人。［34]提出了遗传资源从初级驯化中心向西流动的假设。在这里，这一假设被空间插值祖先系数地图、dpac和聚类分析(图。2,无花果。3.额外的文件5)．格鲁吉亚种质与其他种质不同，表现出主要与地中海东部和意大利南部种群密切相关。4个群体试验也显示了基因流动，表明法国/北意大利和伊比利亚半岛之间的基因型流动(A,B;聚类1，聚类4)和南意大利/东地中海和格鲁吉亚基因型(C,D;群集2，群集3)(附加文件10)．这个结果以高电平外加剂证实了结构分析（附加文件中检测6)和低Fst值(附加文件8），表明较低的人口结构和基因流动屏障的限制。

人们已经发现葡萄藤是从大希腊运往西班牙和法国[71，77］．然而，意大利南部和伊比利亚半岛种质之间的关系仅在聚类分析中检测到(附加文件5)，表明这最后一个种群的遗传起源不同。Arroyo-Garcia等[78]基于叶绿体DNA单倍型差异提出了西地中海地区(伊比利亚半岛、中欧和北非)的二级驯化中心。我们的分析部分证实了这一说法。事实上，通过结构分析、dpac和聚类分析，伊比利亚半岛种质与法国种质不同，属于一类。2和无花果。3.额外的文件5)．这些结果可以解释为促进伊比利亚半岛和法国的葡萄电流的基因组成不同遗传背景的存在。此不同的遗传背景可能被涉及不同的葡萄结果表明人群。在西班牙发现了具有不同遗传背景的野生种群，这是在最后一次更新世冰期期间，伊比利亚半岛上分离的冰川难民造成的[79］．来自这些野生居群的个体对伊比利亚半岛种质资源的发展作出了贡献[73］．相反，据报道，中欧种质受到后冰期时期从不同难民辐射出的迁移路线混合汇流的影响[80］．

意大利北部和南部种质的生物多样性作为历史事件的镜子

应用于大型葡萄采集的结构群体分析显示，主要由亚种定义的遗传群体(漂白亚麻纤维卷或结果表明)、产地和用途(葡萄酒或食用葡萄;［13，27]）。在这项研究中，基于样本的地理来源的主要细分并不完全捕获。侧重于整个意大利种质，观察到北部和南部和南意大利样本中有趣的明显歧视。组织，DAPC和群集分析对北部和南意大利的基因型进行了分组（图。2,无花果。3.和额外的文件5)．意大利北部的基因型主要与法国种质聚类，而意大利南部的基因型主要与东地中海(聚类和dpac)和东地中海与格鲁吉亚(结构分析)聚类。

在试图反向追踪这种分化的起源，这个结果可以解释在不同的历史和人口的事件发生在两个领域。意大利是支离破碎的国家，直到1861年时，REGNO D'意大利(意大利王国)建立，一个包括整个意大利半岛的联合王国。除了意大利领土在政治上统一的时期，例如在罗马帝国或东哥特人的统治下，几个世纪以来，不同的民族交替占领了意大利领土。在古典时期，腓尼基人和希腊人在意大利南部建立了定居点，凯尔特人在意大利北部定居，而在8-9世纪，法兰克帝国和诺曼人分别打败了意大利北部和南部，宣告了意大利政治统一的结束，持续了1300年。因此，我们的数据不是按地理区域划分，而是按历史事件划分。

可能影响意大利北部和南部种质差异的另一个方面是，在不同纬度的不同环境中生长的品种可获得的热资源不同。的确，在意大利南部观测到的热资源与欧洲东南部相似，而在意大利北部观测到的热资源与欧洲东北部相似[81］．

二级葡萄驯化中心

在入侵物种中，遗传多样性预计将从引入到新入侵地区的起点开始下降[82］．V. Vinifera.无性系种群。漂白亚麻纤维卷可以认为是一种入侵物种，尽管葡萄的传播主要是由人类迁移介导的，考虑到第一个驯化中心是引种的起源。

从东到西，H_e值从聚类1(引入的起源;H_e= 0.3041)到聚类2(第一个新入侵区域;H_e= 0.2978)。H_e增加到聚类1的最大值(0.3073)，包括来自法国和意大利北部的样本(表4)．法国和意大利北部的H最高_e根据地理来源排列样本时的值3.)．

在H_e值沿新入侵地区增加，这一事件可使遗传多样性最大化。将一个物种从其野生亲缘物种驯化是一件能最大限度地提高该物种遗传多样性的事情。提出了沿着葡萄传播路线的次级驯化中心。这些中心指的是当地人对自发的葡萄藤感兴趣的地方。4位于巴尔干半岛南部和爱琴海地区，意大利南部[70，西地中海[78，普罗旺斯-意大利北部和中欧。然而，这一证据不足以解释法国-意大利北部基因型的高He值。

影响种质遗传多样性的另一个方面是杂交区不同群体的趋同。当两个种群从分开的冰川避难所扩展到它们的活动范围时，这些混合区域正与两个种群的区域相遇。在欧洲，人们确定了三个著名的杂交区:沿法德边境的中欧西部、阿尔卑斯山脉和斯堪的纳维亚半岛。83］．因此，中欧是一个大熔炉，是从不同的避难所辐射出来的移民路线的混合汇流。冰川后的范围扩大，当地野生个体的驯化，具有高度多样性特征的地方性品种的结合，从不同的地理区域沿着巴尔干路线迁移，从古罗马的潘诺尼亚省[84，以及社会政治事件可以帮助我们解释法国-意大利北部葡萄种质的趋同。

的复杂血统大希腊种质资源

从最初的驯化到现在的几个世纪以来，遗传的葡萄种质资源是由品种之间自发或人为的杂交和它们的营养繁殖产生的。因此，品种之间通过亲缘关系严格相关，从而形成一个复杂的系谱，如前所述[12，34，66］．在我们的数据集中观察到相同的复杂谱系，82个基因型在数据集中显示了亲缘关系(附加文件)11额外的文件12)，确认了35个之前描述的PO关系，并建议了65个新的PO关系。这些基因型显示出如此复杂的相互关系，以至于dpac将它们与意大利南部与希腊样本聚集在一起的其余基因型(聚类2)(图5)归为一个单独的组(聚类5)。3.)．

大多数亲缘关系检测到意大利南部的品种，支持强烈的区域植物材料交换和复杂的自然或人为育种的假设。然而，也发现了来自南意大利和来自东、西方国家的基因型之间的关系。

PO亲缘关系最高的品种为桑乔维塞、曼托尼科、Bombino Bianco和Aglianico。19世纪末，葡萄的遗传多样性受到严重威胁。Daktulosphaira vitifoliae)从北美到达欧洲，摧毁了欧洲的葡萄园。北美非引进酿酒用葡萄品种作砧木维护欧洲的未来V. Vinifera.．与此同时，随着非的实践越来越多酿酒用葡萄砧木的选择和优质品种的营养繁殖发生，导致葡萄遗传多样性进一步降低[3.］．在意大利尺度上，通过对意大利最重要品种的大量同义词的鉴定证实了这一点[10，11，12］．此外，我们的结果表明，随着Elite品种的营养繁殖发生，因此在葡萄育种计划中使用精英品种。这些品种已经塑造了意大利南部的葡萄牙ampelographic平台。精英品种（如Sangiovese和Aglianico）是许多重要的葡萄酒繁荣区域或次要品种的品种，但具有大量的当地兴趣（如曼特罗语Bianco和Bombino Bianco）。当鉴定出识别出的Pinot（全球品种）和Gouais Blanc（被忽视的品种）的不同后代时出现了类似的结果[85］．

桑娇维塞(Sangiovese)是意大利最重要的栽培品种之一，寻找桑娇维塞(Sangiovese)的起源和产地的兴趣值得注意。事实上，已经有人提出了不同的谱系[20.，86]，以及大量的子代和同义词[12，14，15，16，32，38］．目前的研究在已经很长的桑娇维赛品种列表上又增加了两个新的品种。分别来自卡拉布里亚和巴西利卡塔的本地品种Toccarino和Strinto porcino证实并证实了Sangiovese与意大利南部种质的密切关系[12，14，15，16，20.，32，38］．这一结果被意大利南部样本Sangiovese的聚类加强了(附加文件5)．Mantonico Bianco不像Sangiovese那么出名，它是来自卡拉布里亚的一种古老的本地品种，主要种植在位于爱奥尼亚海岸的洛吉德地区(现在的雷焦卡拉布里亚省)，是最早的省之一大希腊．Mantonico Bianco种植的第一个证据可以追溯到1600年[87］．尽管它的传播有限，Mantonico Bianco显示出PO与来自卡拉布里亚，西西里和巴西利卡塔的品种的关系，已经在其他地方描述[12，14，15，19，21，66和新品种(Gallico n.， Occhi di Lepre, Nero d’avola和Trebbiano antico)。

Bombino bianco是一个广泛分布在意大利南部的品种，主要在普利亚，巴西利卡塔，阿布鲁佐，拉齐奥和马尔凯。它是Uva di Troia, Bombino nero和Impigno的祖先(与Uva rosa antica一起)[88］．在本研究中，鉴定了Bombino bianco的其他四个兄弟姐妹:Cococciola, Colatamurro, Montepulciano和Sanguinella b。

Aglianico是一种古老的葡萄品种，主要种植在坎帕尼亚(生物型Taburno和Taurasi)和巴西利卡塔(生物型Vulture)，与希腊在坎帕尼亚的殖民地建立密切相关[89］．在这里，Aglianico被鉴定为来自Basilicata和Campania的几个小物种的祖先。Aglianico的祖先仍然是未知的，但是Aglianico和Dureza(在Rhône Alpes地区种植的一个被忽视的小品种)之间假定的共享亲本[90]） 被发现。然而，Aglianico和法国基因型之间未识别PO关系。

另一个有趣的品种是Gloria，在坎帕尼亚取样，显示与来自希腊、意大利、法国和西班牙的基因型有PO关系。由于地理原因，这种混合的后代反映了在欧洲移民路线之后的几个世纪中发生的岩块的移动和交换，并确认了从希腊到法国和伊比利亚半岛穿过意大利南部的路线。

Malvasia这个名字被用来识别一组在遗传和表型上都不同的品种，在许多地中海国家栽培[91，92，93］．在样本集＃2中检测到的PO关系列表中，检测到包括群体基因型的大量关系。这些基因型中的大多数彼此无关，突出植物的异质性标记为“malvasia”。

考古和历史数据表明，葡萄的主要驯化发生在高加索地区，并从那里传播到意大利南部通过希腊，至少分两步。在这项研究中，广泛的遗传特征大希腊利用18 K SNP位点对从格鲁吉亚到伊比利亚半岛的葡萄种质资源进行了研究。根据基因分析，大希腊种质具有较高的杂合度和共同的遗传背景和复杂的系谱等特点。然而，在地中海盆地发生的历史和社会-生态-政治事件中，观察到显著程度的基因流动。这些结果突出了大希腊在葡萄藤在西欧的传播中，支持了植物材料的密集交换以及来自东方和西方国家的意大利南部品种和基因型之间的密切关系的假设。此外，遗传多样性大希腊在该地区发生的历史事件和大气驱动变量(如温度、太阳辐射和湿度)的变异性触发了选择压力，并决定了农林业生产的生产力、质量和领土特异性。

• 2020年7月02

  这篇文章的修订本已经发表，可以通过原始文章访问。

DAPC:

主成分判别分析

F:

近交系数

GT:

GenTrain

他:

预期的杂合性

何：

观察到的杂合性

炎症性肠病:

Identity-by-descent

加:

轻微的等位基因频率

p50GC:

呼叫质量值

主成分分析:

主成分分析

PI-HAT：

相关性测量PI-HAT = P (IBD = 2) + 0.5 × P (IBD = 1)

SNP:

单核苷酸多态性

苏维埃社会主义共和国:

简单重复序列

UPGMA:

带算术平均数的非加权对组方法

Z0:

同源共有0个IBD等位基因的概率

Z1:

概率份额1 IBD等位基因

Z2:

共有2个IBD等位基因的概率

作者希望感谢:Attilio Scienza教授和Osvaldo Failla教授(米兰大学，DiSAA)进行了许多鼓舞人心的讨论，西蒙皮尔斯博士(DiSAA)对手稿进行了严格的审查。作者感谢华硕提供的硬件。

资金

本工作由以下机构资助和支持:Bando PSR region Calabria 2007/2013 Misura 214, Progetto“ENOTRIA”;国家项目(2010-2104)“意大利vittis多学科数据库，用于区域基因型的开发和定价”。

数据和材料的可用性

支持本文结果的数据集可以作为补充材料(附加文件2)．SNP配置文件可在Dryad仓库的唯一标识符doi下获得:https://doi.org/10.5061/dryad.8f89tp3.．

从属关系

1. Dipartimem di Scienze Agrarie Ed Ambientali，Via Celoria 2，20133，米兰，意大利

   Gabriella De Lorenzis & Lucio Brancadoro

2. Istituto di Bioscienze e Biorisorse CNR, Corso Calatafimi 414, 90120，意大利巴勒莫

   Francesco Mercati和Loredana Abbate

3. 意大利巴里，图里，Casamassima街148号，70010号，CREA-VE，农业农业分析中心(Centro di ricerca Viticoltura ed Enologia)

   卡洛·贝加米尼，玛丽亚·弗朗西斯卡·卡多内，安吉洛·拉斐尔·卡普托和多纳托·安东纳奇

4. Dipartimento AGRARIA, località Feo di Vito snc, 89121，雷乔卡拉布里亚，意大利

   安东尼羽扇豆根瘤菌，安东尼Mauceri和弗朗西斯Sunseri

5. 意大利，巴勒莫，科学农业，食品和Forestali，科学食品11 90128

   玛丽亚加布里埃尔市场

贡献

GDL，FM，CB，MFC，MGB，ARC，DA，FS和LB构思研究，参与研究的设计和批判性讨论的结果。GDL，FM，CB，AL，AM，LA进行DNA提取，SSR和SNP基因分型和数据分析。GDL起草的手稿。GDL，FM，CB，MFC，FS和LB批判订正。所有作者都阅读并批准了最终手稿。

相应的作者

对应于Francesco Sunseri.或卢西奥Brancadoro．

伦理批准和同意参与

不适用

同意出版

不适用

利益争夺

弗朗西斯Sunseri是BMC植物生物学的副主编。

出版商的注意

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