Screening of Superior Families and Reconstruction of Kinship Trees in Populus simonii

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2026.02.014

Abstract

Abstract:

To identify purebred tree varieties with well-defined pedigrees， this study examined growth and leaf traits across 20 half-sibling families of Populus simonii. By integrating EST-SSR molecular marker technology， the kinship pedigree was reconstructed， and evaluations and selections were performed for both half-sibling and full-sibling families before and after reconstruction. The results revealed highly significant differences（P<0.01） across all investigated indices among the 20 families. High heritability was observed for each index， and the population exhibited substantial genetic diversity. At a selection rate of 5%， Ps14 was identified as the optimal family； the seedling height and ground stem diameter increased by 55.45% and 40.38%， respectively， compared to the overall mean. Fresh leaf mass， dry leaf mass， leaf length， leaf width， petiole length， leaf area， and leaf vein angle increased by 60.20%， 39.29%， 24.40%， 41.66%， 1.05%， 14.73%， and 68.69%， respectively， compared to the overall mean. Paternity identification of Ps14 offspring was conducted using 15 polymorphic EST-SSR primer pairs， successfully identifying paternal parents for 99% of the offspring. A total of 32 effective paternal parents were identified， among which 12 had higher reproductive contributions under open-pollination conditions. Ps14×M-PS243 was identified through evaluation of the reconstructed full-sib families as an excellent family， with offspring exhibiting a 76.64% increase in height and a 74.34% increase in ground diameter compared to the population mean. Additionally， GCA analysis highlighted M-PS243 as a promising paternal parent. In conclusion， this study utilized molecular markers to reconstruct pedigrees of poplar half-sibling families and evaluate superior families with clear pedigrees， significantly enhancing selection efficiency and providing novel insights for the genetic improvement of poplar and other tree species.

Key words: Populus simonii, family selection, phylogenetic reconstruction

CLC Number:

S722.5

Xiaoyu XIE, Ruizhu LIN, Taijin ZHANG, Ruixue WANG, Hanshi WANG, Jinwang ZHANG, Long TIE, Chunli ZHAO, Xiyang ZHAO, Kewei CAI. Screening of Superior Families and Reconstruction of Kinship Trees in Populus simonii[J]. Bulletin of Botanical Research, 2026, 46(2): 361-377.

Figures/Tables 15

Table 1

Fig.1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

Table 8

Fig.2

Table 9

Table 10

Table 11

Table 12

Table 13

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引物类别 Primer category	正向引物序列（5′→3′） Forward primer sequence（5′→3′）	反向引物序列（5′→3′） Reverse primer sequence（5′→3′）	重复单元 Repetitive unit
SSR3	TCCTTGCTAGTGGTTCCCA	TGCAAAACCCCAGCAAGC	（TAA）21
SSR4	CCCCTTTAACCTGATGCCCA	GCGGAGGCGGGTGTAAAA	（AAT）21
SSR8	CAGGTCCTGCTCACCCAA	CTGGTGAGGTGGGGTTCG	（ATA）19
SSR13	AGCGCCACTTTCCTTGCT	ACAAGCAGTCAACACACTCCA	（AAT）18
SSR14	TCACGAGGTTCGCATCACA	TCTAATCTCGAAACTGGGCAA	（TTA）18
SSR22	ACGTTGCCTCCGAGGATG	ACACACAGAAGTTGCTTGCA	（TTA）17
SSR29	GGCCTTGTCCTCTGCCAG	TCCAACCTCTACCCCCGA	（ATC）17
SSR34	AGCTTCTTGTGTGCCCTAAA	AATGGGGGTGAAGGCGTG	（GTAT）10
SSR42	CCCCCAGCCAATGATGCA	AGTCCATCCAGGCCGAGT	（AT）55
SSR54	ACTTGCATGCCGGCAGAT	CGGTGGTTGTGTTGTGTGG	（AT）49
SSR62	CCCCGAGGCCTAAAATGTT	GCTCCAAGCATTAGAGAGGAG	（TA）47
SSR74	ACAGACCGGGATTAGCATGG	CCAAAGGCATGCTGTCAGC	（AT）46
SSR77	AGGATTTGGGTTTGAGGGGAC	TGGCCGTATGCAACACACA	（AT）46
SSR94	ACCTCGCAAGCAATCTCCA	TGATGGGGTGGGGTCTCT	（TC）44
SSR101	GGTTGTTCGTTGCCCAGC	GGCACTACACTGCACTTTACC	（CT）43

试剂 Reagent	使用量 Usage volume/μL	浓度 Concentration
总计	20.0
2×Super PCR Mix（with green dye）	10.0	2×
荧光M13引物	4.0	1 μmol·L^-1
DNA	2.0	50 ng·μL^-1
正向引物	0.8	1 μmol·L^-1
反向引物	3.2	1 μmol·L^-1

	反应条件 Reaction conditions	反应温度 Reaction temperature/℃	反应时间 Reaction time
1.预变性		94	3 min
2.变性	30个循环	94	30 s
3.退火		57	30 s
4.延伸		72	30 s
5.变性	8个循环	94	30 s
6.退火		55	30 s
7.延伸		72	30 s
8.延伸		72	10 min
9.保存		12	∞

性状 Trait	变异来源 Variation source	自由度 d_f	均方 Mean square	F	P
苗高Seedling height/cm	家系	19	33 735.233	136.664	<0.01
地径Ground diameter/mm	家系	19	347.674	82.379	<0.01
鲜叶质量Fresh leaf mass/g	家系	19	4.920	228.368	<0.01
干叶质量Dry leaf mass/g	家系	19	0.321	123.654	<0.01
叶长Leaf length/cm	家系	19	57.879	107.496	<0.01
叶宽Leaf width/cm	家系	19	105.951	225.383	<0.01
叶柄长Petiole length/cm	家系	19	79.113	87.309	<0.01
叶面积Leaf area/cm²	家系	19	10 057.356	226.357	<0.01
叶脉夹角Leaf vein angle/（°）	家系	19	559.751	10.806	<0.01

性状 Trait	平均值 Average value	变幅 Range	标准差 Standard deviation	遗传变异系数 C_V，G/%	表型变异系数 C_V，P/%	家系遗传力 h²
苗高Seedling height/cm	132.47	60.00~229.00	36.18	31.69	33.84	0.88
地径Ground diameter/mm	13.25	5.89~24.51	3.89	32.09	35.64	0.81
鲜叶质量Fresh leaf mass/g	0.98	0.40~1.98	0.34	51.91	54.08	0.92
干叶质量Dry leaf mass/g	0.28	0.11~0.55	0.09	46.41	50.40	0.85
叶长Leaf length/cm	8.69	5.50~11.12	1.28	19.99	21.70	0.85
叶宽Leaf width/cm	7.85	4.53~12.67	1.57	30.01	31.25	0.92
叶柄长Petiole length/cm	2.84	0.38~7.86	1.55	71.34	78.80	0.82
叶面积Leaf area/cm²	51.53	20.09~95.22	7.84	10.03	17.20	0.34
叶脉夹角Leaf vein angle/（°）	46.82	20.32~76.26	15.33	49.04	51.06	0.92