Valutazione della diversità genetica e dello sviluppo dei marcatori SNP nel germoplasma delle arachidi a Taiwan da parte di RAD

Jul 09, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14495 (2022) Citare questo articolo

1372 accessi

2 citazioni

2 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

L'arachide coltivata (Arachis Hypogaea L.) è un'importante coltura oleaginosa ma presenta una diversità genetica ristretta. I marcatori molecolari possono essere utilizzati per sondare la diversità genetica di vari germoplasmi. In questo studio, l'approccio del DNA associato al sito di restrizione (RAD) è stato utilizzato per sequenziare 31 accessioni di germoplasma di arachidi taiwanesi, portando all'identificazione di un totale di 17.610 polimorfismi a singolo nucleotide (SNP). Quando abbiamo raggruppato queste 31 accessioni in due sottoinsiemi in base all'origine, abbiamo scoperto che il sottoinsieme “globale” (n = 17) era geneticamente più diverso rispetto al sottoinsieme “locale” (n = 14). Per quanto riguarda le varietà botaniche, la var. il sottoinsieme fastigiata aveva una maggiore diversità genetica rispetto agli altri due sottoinsiemi di var. volgare e var. ipogaea, suggerendo che nuove risorse genetiche dovrebbero essere introdotte nei programmi di allevamento per migliorare la diversità genetica. L'analisi delle componenti principali (PCA) dei dati di genotipizzazione ha separato le 31 accessioni in tre cluster in gran parte in base alle varietà botaniche, in linea con il risultato PCA per 282 accessioni genotipizzate da 14 marcatori PCR allele-specifici competitivi (KASP) sviluppati in questo studio. I marcatori SNP identificati in questo lavoro non solo hanno rivelato la relazione genetica e la struttura della popolazione dell'attuale germoplasma a Taiwan, ma offrono anche uno strumento efficiente per la selezione e ulteriori applicazioni genetiche.

Originaria del Sud America, l'arachide coltivata (Arachis Hypogaea L.) è una pianta allotetraploide (AABB, 2n = 4x = 40) e un'importante coltura leguminosa a livello mondiale. Gli esseri umani traggono beneficio dai semi di arachidi come alimento e fonte di olio grazie alla loro elevata percentuale di proteine ​​e acidi grassi1. La produzione annuale di arachidi è aumentata negli ultimi 20 anni fino a raggiungere 53 milioni di tonnellate nel 2020 secondo FAOSTAT (http://www.fao.org/faostat). Per soddisfare la crescente domanda di arachidi sotto la minaccia del cambiamento climatico, la selezione di nuove varietà è una strategia efficace per migliorare le caratteristiche qualitative e quantitative delle arachidi.

La conservazione del germoplasma dell'Arachis e lo sfruttamento della sua diversità genetica sono cruciali per la selezione dell'arachide coltivata. Attualmente, diverse banche genetiche sono rinomate per il loro germoplasma di Arachis, tra cui l'Istituto internazionale di ricerca sulle colture per i tropici semi-aridi (ICRISAT), il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA) e l'Istituto di ricerca sulle colture oleose dell'Accademia cinese delle scienze agricole ( OCRI-CAAS). Più di 15.000, 9.000 e 8.000 adesioni sono state raccolte rispettivamente in ICRISAT, USDA e OCRI-CAAS2. D'altro canto, comprendere la diversità genetica del germoplasma disponibile è il prerequisito prima di avviare programmi di selezione e l'utilizzo di marcatori molecolari è attualmente la strategia predominante per valutare la diversità genetica del germoplasma3. L'arachide coltivata presenta una bassa diversità genetica dovuta alla recente ibridazione dei suoi due antenati e alla selezione nei programmi di allevamento4,5,6,7. Anche se la ridotta diversità genetica delle arachidi coltivate ha ostacolato lo sviluppo di marcatori molecolari, è stato possibile sviluppare e utilizzare marcatori a ripetizione di sequenza semplice (SSR) per valutare la diversità genetica nelle arachidi coltivate8,9,10,11. In particolare, le strutture della popolazione di 92 accessioni nella Peanut Mini Core Collection degli Stati Uniti e di 196 principali cultivar di arachidi in Cina sono state rivelate dai marcatori SSR12,13. Sebbene i marcatori SSR fossero ampiamente utilizzati per identificare la diversità genetica delle popolazioni di arachidi, questi studi avevano dimensioni limitate della popolazione a causa del difficile processo di genotipizzazione.

Recentemente, i progetti sul genoma delle arachidi resi possibili dal sequenziamento di nuova generazione (NGS) hanno rivoluzionato la ricerca genetica sulle arachidi coltivate. Finora, i genomi di Arachis Hypogaea L. e dei suoi due antenati diploidi, A. duranensis (AA) e A. ipaensis (BB), sono stati sequenziati6,7,14. Queste sequenze genomiche di alta qualità hanno aperto la strada allo sviluppo di marcatori di polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) ad alto rendimento, ad esempio tramite genotipizzazione per sequenziamento (GBS), che possono quindi facilitare la selezione molecolare delle arachidi. L'array 58 K SNP "Axiom_Arachis", sviluppato risequenziando 41 accessioni di arachidi, è stato utilizzato per identificare la diversità genetica in 384 genotipi di Arachis, tra cui la Mini Core Collection dell'USDA e le specie selvatiche15,16, mentre 787 accessioni dalla collezione di arachidi core degli Stati Uniti sono state genotipizzate dal metodo Array SNP 14 K 'Arachis_Axiom2' per rivelare la loro diversità genetica17. Rispetto agli array SNP, GBS è una tecnica più economica basata sul sequenziamento del genoma ridotto associato ai siti di restrizione utilizzando NGS18,19. Nella ricerca sulle arachidi, questa tecnica è stata applicata allo sviluppo di SNP, consentendo la costruzione di mappe genetiche per la mappatura dei loci dei tratti quantitativi (QTL) e l'analisi della struttura della popolazione20,21,22.