Оценка генетического разнообразия и развития маркеров SNP в зародышевой плазме арахиса на Тайване с помощью RAD

Jul 09, 2023

Том 12 научных докладов, номер статьи: 14495 (2022 г.) Цитировать эту статью

1372 Доступа

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Культивируемый арахис (Arachis hypogaea L.) является важной масличной культурой, но имеет узкое генетическое разнообразие. Молекулярные маркеры можно использовать для исследования генетического разнообразия различной зародышевой плазмы. В этом исследовании метод ДНК, связанной с сайтом рестрикции (RAD), был использован для секвенирования 31 образца тайваньской зародышевой плазмы арахиса, что привело к идентификации в общей сложности 17 610 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Когда мы сгруппировали эти 31 образец в две подгруппы в зависимости от происхождения, мы обнаружили, что «глобальная» подгруппа (n = 17) была более генетически разнообразной, чем «локальная» подгруппа (n = 14). Что касается ботанических разновидностей, то var. fastigiata имела большее генетическое разнообразие, чем две другие подгруппы var. vulgaris и вар. hypogaea, что предполагает включение новых генетических ресурсов в программы селекции для увеличения генетического разнообразия. Анализ главных компонентов (PCA) данных генотипирования разделил 31 образец на три кластера, в основном в соответствии с ботаническими сортами, что согласуется с результатом PCA для 282 образцов, генотипированных с помощью 14 маркеров конкурентной аллель-специфической ПЦР (KASP), разработанных в этом исследовании. Маркеры SNP, идентифицированные в этой работе, не только выявили генетическое родство и популяционную структуру нынешней зародышевой плазмы на Тайване, но также предлагают эффективный инструмент для селекции и дальнейшего генетического применения.

Культурный арахис (Arachis hypogaea L.), происходящий из Южной Америки, представляет собой аллотетраплоид (AABB, 2n = 4x = 40) и важную бобовую культуру во всем мире. Люди получают пользу от семян арахиса в качестве пищи и источника масла из-за высокого содержания в них белков и жирных кислот1. По данным FAOSTAT (http://www.fao.org/faostat), годовое производство арахиса выросло за последние 20 лет и достигнет 53 миллионов тонн в 2020 году. Чтобы удовлетворить растущий спрос на арахис в условиях угрозы изменения климата, выведение новых сортов является эффективной стратегией улучшения качественных и количественных характеристик арахиса.

Сохранение зародышевой плазмы арахиса и использование его генетического разнообразия имеют решающее значение для селекции культивируемого арахиса. В настоящее время несколько генных банков известны своей зародышевой плазмой арахиса, в том числе Международный научно-исследовательский институт сельскохозяйственных культур полузасушливых тропиков (ИКРИСАТ), Министерство сельского хозяйства США (USDA) и Научно-исследовательский институт масличных культур Китайской академии сельскохозяйственных наук. OCRI-CAAS). В ICRISAT, USDA и OCRI-CAAS2 было собрано более 15 000, 9 000 и 8 000 образцов соответственно. С другой стороны, понимание генетического разнообразия имеющейся в наличии зародышевой плазмы является необходимым условием перед запуском программ селекции, а использование молекулярных маркеров является преобладающей стратегией для оценки генетического разнообразия зародышевой плазмы в настоящее время3. Культивируемый арахис имеет низкое генетическое разнообразие из-за недавней гибридизации двух его предков и селекции в программах селекции4,5,6,7. Несмотря на то, что узкое генетическое разнообразие культивируемого арахиса препятствовало разработке молекулярных маркеров, оказалось возможным разработать и использовать маркеры простых повторов последовательности (SSR) для оценки генетического разнообразия культивируемого арахиса8,9,10,11. В частности, с помощью SSR-маркеров были выявлены популяционные структуры 92 образцов арахиса из Мини-коллекции арахиса США и 196 основных сортов арахиса в Китае12,13. Хотя маркеры SSR широко использовались для выявления генетического разнообразия популяций арахиса, эти исследования имели ограниченный размер популяции из-за сложного процесса генотипирования.

Недавно проекты генома арахиса, ставшие возможными благодаря секвенированию следующего поколения (NGS), произвели революцию в генетических исследованиях культивируемого арахиса. На данный момент секвенированы геномы Arachis hypogaea L. и двух его диплоидных предков, A. duranensis (AA) и A. ipaensis (BB)6,7,14. Эти высококачественные геномные последовательности проложили путь для разработки высокопроизводительных маркеров однонуклеотидного полиморфизма (SNP), например, с помощью генотипирования путем секвенирования (GBS), которые затем могут облегчить молекулярную селекцию арахиса. Массив 58 K SNP «Axiom_Arachis», разработанный путем повторного секвенирования 41 образца арахиса, использовался для идентификации генетического разнообразия среди 384 генотипов арахиса, включая мини-коллекцию ядра Министерства сельского хозяйства США и дикие виды15,16, в то время как 787 образцов из основной коллекции арахиса в США были генотипированы Массив SNP 14 K «Arachis_Axiom2» для выявления их генетического разнообразия17. По сравнению с массивами SNP, GBS является более экономичным методом, основанным на секвенировании сокращенного генома, связанного с сайтами рестрикции, с использованием NGS18,19. В исследованиях арахиса этот метод был применен при разработке SNP, что позволило построить генетические карты для картирования локуса количественных признаков (QTL) и анализа структуры популяции20,21,22.