Frontiere Genome-Wide Association Studiul trăsăturilor dimensiunii cerealelor în Indica Rice Multiparent Advanced

Reproducere a plantelor

Editat de

Sean Mayes

Universitatea din Nottingham, Regatul Unit

Revizuite de

Sivakumar Sukumaran

Centrul internațional de îmbunătățire a porumbului și grâului (Mexic), Mexic

Eiji Yamamoto

Cazul DNA Research Institute, Japonia

Afilierile editorului și ale recenzenților sunt cele mai recente oferite în profilurile lor de cercetare Loop și este posibil să nu reflecte situația lor în momentul examinării.

Descărcați articolul
- Descărcați PDF
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Suplimentar
  Material
Citarea exportului
- Notă finală
- Manager de referință
- Fișier TEXT simplu
- BibTex

DISTRIBUIE PE

Cercetare originală ARTICOL

1 Laborator comun CAAS-IRRI pentru îmbunătățirea germoplasmei asistată de genomică, Institutul de genomică agricolă din Shenzhen, Academia Chineză de Științe Agricole, Shenzhen, China
2 Laborator cheie de stat pentru biologia orezului, Institutul Național de Cercetare a Orezului din China, Hangzhou, China
3 Platformă strategică de inovare, Institutul internațional de cercetare a orezului, Metro Manila, Filipine

Mărimea boabelor de orez joacă un rol crucial în determinarea calității și randamentului boabelor. În acest studiu, două populații intercross de generație avansată multiparentă (MAGIC), DC1 și BIM, au fost evaluate pentru mărimea granulelor în trei medii și genotipate cu detectare SNP bazată pe matrice 55K și respectiv genotip-prin-secvențiere (GBS), pentru a identifica QTL-urile și SNP asociate cu lungimea bobului, lățimea bobului, raportul lungimea - lățimea bobului, grosimea bobului și greutatea miilor de bob. Un total de 18 QTL au fost identificate pentru cele cinci trăsături legate de mărimea boabelor și au explicat 6,43-63,35% din varianța fenotipică totală. Doisprezece dintre aceste QTL s-au colocalizat cu genele clonate, GS3, GW5/qSW5, GW7/GL7/SLG7, și GW8/OsSPL16, dintre care primele două gene au arătat cel mai puternic efect pentru lungimea și, respectiv, lățimea bobului. Patru gene noi potențiale au fost, de asemenea, identificate din QTL-uri, care au prezentat atât independență de fond genetic, cât și stabilitate a mediului și ar putea fi validate în studii viitoare. Mai mult, markerii SNP semnificativi identificați sunt valoroși pentru utilizarea directă în reproducerea asistată de markeri pentru a îmbunătăți mărimea bobului de orez.

Introducere

Dimensiunea boabelor este una dintre trăsăturile agronomice cheie care au rezultat din presiunea selectivă inconștientă pe parcursul domesticirii orezului. Îmbunătățirea mărimii boabelor ca răspuns timpuriu adaptativ la cultivarea orezului este rezultatul selecției neintenționate a semințelor care ar putea supraviețui chiar și cu o cultivare mai profundă a solului (Purugganan și Fuller, 2009). Interesant este faptul că a fost supus în continuare selecției și reproducerii deliberate, deoarece afectează calitatea și randamentul boabelor de orez în sine (Tan și colab., 2000; Lu și colab., 2013). Prin urmare, există o gamă largă de caracteristici ale mărimii cerealelor în soiurile moderne de orez, care definesc în principal preferințele consumatorilor și valoarea de piață (Fitzgerald și colab., 2009).

Studiul de asociere la nivel de genom (GWAS) depășește limitarea cartografierii legăturii biparentale, profitând de mulți ani de recombinare istorică și evolutivă pentru a localiza QTL în populații genetice diverse. În orez, GWAS s-a dovedit a fi o strategie complementară puternică pentru cartarea legăturii biparentale pentru mărimea boabelor (Si și colab., 2016; Duan și colab., 2017; Yu și colab., 2017; Ma și colab., 2019 ). Cu toate acestea, GWAS care utilizează populații naturale este adesea asociat cu o structură a populației complicată și o rudenie criptică, care rezultă în asociații de trăsături de marker fals (MTA). Utilizarea populațiilor intercross de generație avansată multiparentă (MAGIC) oferă o abordare alternativă la GWAS folosind populații naturale și pentru a lega cartografierea utilizând populații derivate din încrucișări biparentale. MAGIC are mai multă diversitate alelică și fenotipică, asigurându-se că mai multe QTL se separă în populație (Cavanagh și colab., 2008; Huang și colab., 2015). Mai mult, are un control mai bun asupra structurii populației și a rudeniei și s-a dovedit eficient în identificarea genelor majore prin cartografierea asocierii (Bandillo și colab., 2013; Meng și colab., 2016, 2017; Descalsota și colab., 2018; Ogawa și colab., 2018; Ponce și colab., 2018).

În acest studiu, cartografierea asocierii a fost efectuată în două populații MAGIC testate pe trei medii timp de 2 ani pentru a identifica QTL-urile asociate cu trăsăturile legate de dimensiunea granulelor - GL, GW, raportul lungimea bobului - lățimea (GLWR) și TGW Rezultatele acestui studiu ar putea oferi informații valoroase pentru a elucida în continuare baza genetică a mărimii bobului de orez și în reproducerea asistată de markeri.

Materiale și metode

Panoul de cartografiere a asociației

Au fost utilizate două populații MAGIC dezvoltate la Institutul Internațional de Cercetare a Orezului (IRRI): (1) o populație MAGIC cu patru părinți, DC1, caracterizată anterior de Meng și colab. (2016) și (2) o populație MAGIC cu opt părinți raportată de Bandillo și colab. (2013), la care am numit Bandillo indica Populația MAGIC (BIM) din acest studiu. Părinții obișnuiți să dezvolte ambele populații au fost prezentați în tabelul suplimentar 1. Un total de 221 și 378 de linii în populațiile DC1 și respectiv BIM au fost evaluate pentru cinci trăsături legate de mărimea boabelor.

Fenotipare și analiză fenotipică

Testele de teren au fost efectuate în trei medii de testare, unul în Filipine la sediul IRRI, Los Baños, Laguna în 2017 și două în China la Henan în 2018 și la Hainan în 2017 și în 2018. În fiecare mediu de testare au fost prezentate într-un design de bloc incomplet. Necunoscutul proaspăt recoltat a fost uscat până la un conținut de umiditate de 12-14% și echilibrat în pungi de hârtie la temperatura camerei timp de 3 luni înainte de măsurarea trăsăturilor legate de mărimea bobului. GL (mm) și GW (mm) au fost evaluate folosind un scaner de cereale (Seiko Epson, Suwa City, Japonia). Imaginile de cereale (0,042433 mm/pixel) au fost analizate utilizând programul software SmartGrain (Tanabata și colab., 2012). GLWR a fost calculat ca raportul dintre GL și GW. GT (mm) și TGW (g) au fost măsurate în conformitate cu standardul național de evaluare a calității cerealelor de orez din China (GB/T17891-1999). Aproximativ 100 de boabe pentru fiecare intrare au fost evaluate pentru GL și GW, iar un total de 6 boabe au fost măsurate pentru GT.

Dimensiunea populației DC1 și BIM a variat foarte mult în toate cele trei medii de testare (tabelul suplimentar 2). Analiza fenotipică a fost realizată utilizând un model mixt liniar pentru a trata corect datele neechilibrate. Cele mai bune estimări liniare imparțiale (ALBASTRU) ale fiecărei linii au fost obținute folosind PBTools (bbi.irri.org). Corelațiile de trăsături au fost calculate și reprezentate grafic folosind pachetul de corplot din R.

Genotipare SNP

Populația DC1 a fost secvențiată cu o platformă SNP bazată pe matrice de înaltă densitate utilizând matricea de genotipare a orezului Affymetrix Axiom 55K la CapitalBio Technology Beijing, China (Meng și colab., 2017), în timp ce populația BIM a fost secvențiată cu o abordare GBS utilizând Illumina HiSeq la Universitatea Cornell (Bandillo și colab., 2013). O strategie strictă de filtrare a fost efectuată pentru a alege SNP-uri de înaltă calitate pentru asociație. Toți markerii heterozigoți erau lipsiți. Markerii cu frecvență alelă minoră (MAF) 2> 0,95) au fost, de asemenea, excluși din setul de date SNP (Foaia de date suplimentară 1).