DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1799767
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42524038
تاريخ النشر: 2026-07-14
المؤلف: Seol-Jong Kim وآخرون
الموضوع الرئيسي: التنوعات الشكلية والتماثل
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة استخدام تقنيات المورفومترية الهندسية لتعزيز تحديد أصناف التوت الكوري (Rubus crataegifolius)، مع معالجة قيود طرق التقييم المورفولوجي التقليدية التي غالبًا ما تكون ذات طابع شخصي وتستغرق وقتًا طويلاً. قام الباحثون بتطبيق ثلاثة نهج مورفومتري مكمل: تحليل قائم على المعالم، ووصف إهليلجي فورييه (EFD)، ومجموعة بيانات هجينة تجمع بين الطريقتين. قاموا بتحليل أوراق من 10 وصولات، بما في ذلك 8 أصناف و2 سلالات محلية، واستخدموا تحليل المكونات الرئيسية (PCA) وتحليل التمييز الخطي (LDA) مع التحقق المتقاطع بترك واحدة خارجًا.
أشارت النتائج إلى أن التحليل القائم على المعالم لأوراق البراعم أعطى أعلى دقة تصنيف بنسبة 87.2%، مع دقة متوسطة عامة تبلغ 72.0% عبر جميع التركيبات التحليلية. كشفت تصور LDA عن أربع مجموعات مورفولوجية رئيسية، حيث أظهرت أوراق البراعم قوة تمييز أكبر من أوراق الزهور، على الأرجح بسبب تجانسها المورفولوجي تحت ظروف النمو النموذجية. تسلط الدراسة الضوء على فعالية التحليل المورفومتري في اكتشاف الفروق الدقيقة في مورفولوجيا الأوراق، مما يشير إلى إمكانيته كأداة عملية وفعالة من حيث التكلفة للفحص الأولي في فحص التميز والتجانس والاستقرار (DUS) لأصناف التوت، مما يدعم تسجيل الأصناف والتنمية المستدامة في البستنة.
مقدمة
يضم جنس Rubus L. (Rosaceae)، الذي يشمل المحاصيل ذات الأهمية الاقتصادية مثل التوت والتوت الأسود، أكثر من 800 نوع والعديد من الأصناف التي تساهم بشكل كبير في إنتاج الفواكه العالمية. من بين هذه الأنواع، يُعتبر التوت الكوري (Rubus crataegifolius Bunge) بارزًا لفوائده الغذائية ومركباته النشطة بيولوجيًا، التي لها تطبيقات في الطب التقليدي وبرامج التربية التي تهدف إلى تعزيز مقاومة الأمراض. ومع ذلك، فإن التنوع المورفولوجي لـ R. crataegifolius، المتأثر بالعوامل البيئية والتزاوج، يعقد تحديد الأصناف بدقة، والذي يعتمد تقليديًا على التقييمات البصرية الشخصية والقياسات الخطية البسيطة.
لمعالجة قيود طرق التعرف التقليدية، تستكشف هذه الدراسة تطبيق تقنيات المورفومترية الهندسية للتمييز بين 10 وصولات من R. crataegifolius، بما في ذلك 8 أصناف و2 سلالات محلية، باستخدام عينات من الأوراق من كلا مرحلتي البراعم والزهور. تستخدم الدراسة تحليلات قائمة على المعالم وأخرى قائمة على الشكل، إلى جانب طرق هجينة، لالتقاط بيانات متعددة الأبعاد وقياس اختلافات شكل الأوراق. من خلال استخدام تحليل المكونات الرئيسية (PCA) وتحليل التمييز الخطي (LDA)، تهدف الدراسة إلى تعزيز دقة التصنيف وتوفير أداة موضوعية وفعالة من حيث التكلفة لتحديد الأصناف، مما يكمل البروتوكولات الحالية في تربية النباتات والتسجيل.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق كان له تأثير قابل للقياس على المتغير التابع، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذا التأثير. توضح التمثيلات البيانية، مثل الرسوم البيانية والمخططات، هذه النتائج بشكل أكبر، مما يوفر سياقًا بصريًا للبيانات العددية. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضيات الأولية وتساهم برؤى قيمة في المعرفة الحالية في هذا المجال.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون المنهجية والنتائج لدراستهم حول التحليل المورفومتري لعشر وصولات من *Rubus crataegifolius* Bunge، مع التركيز على فعالية تقنيات المورفومترية الهندسية في التمييز بين الأصناف بناءً على شكل الأوراق. استخدمت الدراسة مزيجًا من التحليلات القائمة على المعالم وتحليلات وصف إهليلجي فورييه (EFD) لالتقاط اختلافات الشكل في أوراق البراعم وأوراق الزهور، حيث أظهر نهج المعالم دقة تصنيف متفوقة (87.2% للبراعم و81.1% للزهور) مقارنةً بـ EFDs وحدها. أشارت النتائج إلى أن المعالم الوعائية الداخلية كانت أكثر موثوقية في الكشف عن الصفات التشخيصية، في حين أن EFDs عززت أحيانًا التمييز في حالات معينة. لاحظ المؤلفون أن الدقة الأكبر في أوراق البراعم قد تُعزى إلى استقرارها التطوري مقارنةً بأوراق الزهور، التي تأثرت بالتغير البيئي.
تشير النتائج إلى أن المورفومترية الهندسية يمكن أن تكون أداة قيمة في اختبار التميز والتجانس والاستقرار (DUS) لأصناف *R. crataegifolius*، مما يوفر بديلاً أكثر موضوعية وكمية للتقييمات البصرية التقليدية. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية تقنيات المورفومترية لتحسين دقة تحديد الأصناف ودعم جهود التربية، مع التأكيد أيضًا على الحاجة إلى بروتوكولات موحدة لتقليل التباين في التصوير والتحليل. بشكل عام، يدعو المؤلفون إلى دمج طرق المورفومترية في الأطر الحالية لـ DUS لتعزيز موثوقية وكفاءة تصنيف الأصناف في الممارسات الزراعية.
القيود
تسلط قيود الدراسة الضوء على عدة مجالات حاسمة للتحسين والاتجاهات البحثية المستقبلية. أولاً، البيانات مشتقة من موسم زراعي واحد (2025) في موقع تجريبي واحد (NFSV، تشونغجو)، مما يستدعي التحقق على مدى سنوات متعددة ومواقع متعددة لتعزيز قابلية تعميم النتائج (Cho et al.، 2009). حجم العينة المكون من 18 ورقة لكل وصول (ستة نباتات × ثلاث أوراق) يؤدي إلى فترة ثقة ±5% بعرض نصف 95% لدقة البراعم العامة، ولكن بدقة أوسع ±5.7% لدقة الزهور. لتحقيق دقة مطابقة، يلزم زيادة حجم العينة إلى حوالي 24 ورقة. علاوة على ذلك، تشير تحليل قوة اختبار F إلى أن الحد الأدنى من 21 ورقة لكل وصول ضروري لتحقيق قوة إحصائية ≥ 0.80 في المقارنات الثنائية. لذلك، يُوصى بتوسيع حجم العينة لتلبية معايير UPOV TG/43 لـ R. idaeus (n = 30) للنشر التنظيمي لتقييمات التميز والتجانس والاستقرار (DUS).
بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء عملية الرقمنة في الدراسة بواسطة مشغل واحد، مما يثير مخاوف بشأن قابلية إعادة الإنتاج بين المراقبين. يجب أن تعطي الدراسات المستقبلية الأولوية لتقييم هذا الجانب من خلال إشراك عدة مراقبين مستقلين لرقمنة مجموعة مشتركة من الأوراق. علاوة على ذلك، كان التحليل محدودًا بالأوراق الطرفية، مما يشير إلى أن دمج الأوراق الجانبية أو فحص الهيكل الكامل للورقة المركبة يمكن أن يوفر رؤى تمييزية إضافية. سيساهم معالجة هذه القيود من خلال دراسات متعددة السنوات ومواقع متعددة، والتحقق من البروتوكولات، وتوسيع النطاق ليشمل المزيد من الأصناف المسجلة وخطوط التربية في تعزيز قوة النتائج وتسهيل المقارنات مع قياسات DUS التقليدية المعتمدة على الكاليبر.
DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2026.1799767
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42524038
Publication Date: 2026-07-14
Author(s): Seol-Jong Kim et al.
Primary Topic: Morphological variations and asymmetry
Overview
This study investigates the use of geometric morphometric techniques to enhance the identification of Korean raspberry varieties (Rubus crataegifolius), addressing the limitations of traditional morphological assessment methods that are often subjective and time-consuming. The researchers applied three complementary morphometric approaches: landmark-based analysis, Elliptic Fourier Descriptors (EFD), and a hybrid dataset combining both methods. They analyzed leaves from 10 accessions, including 8 varieties and 2 landraces, and employed principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA) with leave-one-out cross-validation.
The results indicated that the landmark-based analysis of primocane leaves yielded the highest classification accuracy at 87.2%, with an overall average accuracy of 72.0% across all analytical combinations. LDA visualization revealed four major morphological groups, with primocane leaves demonstrating greater discriminatory power than floricane leaves, likely due to their morphological uniformity under typical growing conditions. The study highlights the effectiveness of morphometric analysis in detecting subtle differences in leaf morphology, suggesting its potential as a practical and cost-effective tool for preliminary screening in the Distinctness, Uniformity, and Stability (DUS) examination of raspberry varieties, thereby supporting variety registration and sustainable horticultural development.
Introduction
The genus Rubus L. (Rosaceae), encompassing economically significant crops such as raspberries and blackberries, includes over 800 species and numerous varieties that contribute significantly to global fruit production. Among these, the Korean raspberry (Rubus crataegifolius Bunge) is notable for its nutritional benefits and bioactive compounds, which have applications in traditional medicine and breeding programs aimed at enhancing disease resistance. However, the morphological diversity of R. crataegifolius, influenced by environmental factors and hybridization, complicates accurate variety identification, traditionally reliant on subjective visual assessments and simple linear measurements.
To address the limitations of conventional identification methods, this study explores the application of geometric morphometric techniques for discriminating between 10 accessions of R. crataegifolius, including 8 varieties and 2 landraces, using leaf samples from both primocane and floricane stages. The research employs landmark-based and outline-based analyses, alongside hybrid approaches, to capture multidimensional data and quantify leaf shape variations. By utilizing principal component analysis (PCA) and linear discriminant analysis (LDA), the study aims to enhance classification accuracy and provide a cost-effective, objective tool for variety identification, thereby complementing existing protocols in plant breeding and registration.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied had a measurable impact on the dependent variable, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of this impact. Graphical representations, such as plots and charts, further illustrate these findings, providing a visual context to the numerical data. Overall, the results support the initial hypotheses and contribute valuable insights to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this section, the authors discuss the methodology and findings of their study on the morphometric analysis of ten accessions of *Rubus crataegifolius* Bunge, focusing on the effectiveness of geometric morphometric techniques for distinguishing between varieties based on leaf shape. The study employed a combination of landmark-based and Elliptic Fourier Descriptor (EFD) analyses to capture shape variations in primocane and floricane leaves, with the landmark approach demonstrating superior classification accuracy (87.2% for primocane and 81.1% for floricane) compared to EFDs alone. The results indicated that internal vascular landmarks were more reliable for detecting diagnostic traits, while EFDs occasionally enhanced discrimination in specific cases. The authors noted that the greater accuracy in primocane leaves could be attributed to their developmental stability compared to floricane leaves, which were influenced by environmental variability.
The findings suggest that geometric morphometrics could serve as a valuable tool in Distinctness, Uniformity, and Stability (DUS) testing for *R. crataegifolius* varieties, offering a more objective and quantitative alternative to traditional visual assessments. The study highlights the potential for morphometric techniques to improve the accuracy of cultivar identification and support breeding efforts, while also emphasizing the need for standardized protocols to minimize variability in imaging and analysis. Overall, the authors advocate for the integration of morphometric methods into existing DUS frameworks to enhance the reliability and efficiency of variety classification in agricultural practices.
Limitations
The limitations of the study highlight several critical areas for improvement and future research directions. Firstly, the data is derived from a single growing season (2025) at one experimental site (NFSV, Chungju), necessitating multi-year and multi-site validation to enhance the generalizability of the findings (Cho et al., 2009). The sample size of 18 leaves per accession (six plants × three leaves) results in a ±5% half-width 95% confidence interval (CI) for overall primocane accuracy, but a wider ±5.7% for floricane accuracy. To achieve matching precision, an increased sample size of approximately 24 leaves is required. Furthermore, an F-test power analysis indicates that a minimum of 21 leaves per accession is necessary for achieving a statistical power of ≥ 0.80 in pairwise comparisons. Therefore, expanding the sample size to meet UPOV TG/43 standards for R. idaeus (n = 30) is recommended for regulatory deployment of distinctness, uniformity, and stability (DUS) assessments.
Additionally, the study’s digitization process was conducted by a single operator, which raises concerns regarding inter-observer reproducibility. Future studies should prioritize evaluating this aspect by involving multiple independent observers to digitize a common subset of leaves. Moreover, the analysis was limited to terminal leaflets, suggesting that incorporating lateral leaflets or examining the entire compound leaf architecture could yield further discriminatory insights. Addressing these limitations through multi-year and multi-site studies, protocol validation, and expanding the scope to include more registered varieties and breeding lines will enhance the robustness of the findings and facilitate comparisons with traditional caliper-based DUS measurements.