Hibrit ökaliptus bitkisinde heterozis aday genlerinin belirlenmesi

Autor: Nguyen, Lam Minh, Ingvarsson, PäR
Přispěvatelé: Koban Baştanlar, Evren, Fen Bilimleri Enstitüsü
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Popis: Hybrid breeding plays an essential role in Eucalyptus breeding program in order to increase productivity through growth and wood trait improvements. Therefore, understanding the genetic basis of heterosis is critical in order to facilitate tree breeding programs. Despite the importance of non-additive effects, the additive genetic effect is still the focus of interest in most forest tree breeding programs. Through recent approachesusing high-throughput genotyping techniques, Genome-wide association studies (GWAS) has become a powerful and widely used technique to assess the additive as well as non-additive genetic control of complex traits. In this study, a hybrid population of 850 samples has been measured for mid parent (MP) and best parent (BP and BP1) heterosis for growth and wood traits. These samples have also been genotyped using the EuChip60K chip yielding 37,832 informative SNPs used for the GWAS approach. We applied a multi-locus GWAS approach using both additive and dominance genetic models to identify significant markers associated with the mid parent and best parent heterosis of growth and wood traits in the Eucalyptus hybrids. The percentages of positive heterosis were moderately high, ranging from 26% to 53%. For all three heterosismeasures,growth traits exhibited more considerable variations than wood traits. After testing at different p-value threshold, a less stringent significant threshold (p-value = 1e-04) was used in this study. We identified 361 and 385 significant SNPs across heterosis of all traits under additive and dominance model, respectively with 28 overlapping markers between two models. Within a region 5kb upstream and downstream of significantly associated SNPs, we discovered 222 and 229 candidate genes for additive and dominance effects, respectively.Among all candidate genes, many of them are related to morphological formation, including cell wall biosynthesis and photosynthesis regulation. Other genes contributed to abiotic and biotic stress response were also found to be associated with the heterosis of plant growth and wood traits.All in all, the GWAS approach using additive and dominance model has proven to be a powerful method for understanding the genetic basis of heterosis related to growth and wood traits in Eucalyptus hybrid populations. Several candidate genes have been identifiedin this study which can contribute to the development of forest tree breeding program to improve productivity.
Hibrit yetiştirme, büyüme ve odun özelliklerinin iyileştirilmesi yoluyla üretkenliği artırmak için Okaliptüs yetiştirme programında önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, ağaç yetiştirme programlarını kolaylaştırmak için heterozisin genetik temelini anlamak çok önemlidir. Eklemeli olmayan (non-additive) genetik etkilerin önemine rağmen, eklemeli (additive) genetik etki çoğu orman ağacı yetiştirme programında hala ilgi odağıdır. Yüksek verimli genotipleme teknikleri kullanan yeni yaklaşımlar sayesinde gerçekleştirilen genom çapında ilişkilendirme çalışmaları (GWAS); karmaşık özelliklerin etkisinin yanı sıra, eklemeli olmayan genetik etkinin belirlenmesi için de güçlü ve yaygın olarak kullanılan bir teknik haline gelmiştir. Bu çalışmada; büyüme ve odun özellikleri için orta ebeveyn (MP) ve en iyi ebeveyn (BP ve BP1) heterozisi için 850 örneklik bir hibrit popülasyondan veri alınmıştır. Bu örnekler ayrıca GWAS yaklaşımı için kullanılan 37.832 bilgilendirici SNP içeren EuChip60K yongası kullanılarak genotiplendirilmiştir. Okaliptüs melezlerinde; büyüme ve odun özelliklerinin orta ebeveyn ve en iyi ebeveyn heterozisi ile ilişkili önemli belirteçlerini belirlemek için çalışmamızda, hem toplamsal hem de baskın genetik modeller kullanılarak çok lokuslu bir GWAS yaklaşımı uygulanmıştır. Pozitif heterozis yüzdeleri orta derecede yüksek ve %26 ile %53 arasında değişen bir değer olarak hesaplanmıştır. Üç heterozis ölçütünün tümü için, büyüme özellikleri ahşap özelliklerinden daha önemli varyasyonlar sergilemiştir. Farklı p-değeri eşiklerinde test edildikten sonra, bu çalışmada daha az katı anlamlı bir p-eşik değeri (p = 1e-04) kullanılmıştır. Toplam ve baskınlık modeli altında tüm özelliklerin heterozisinde sırasıyla 361 ve 385 önemli SNP belirlenmiş ve iki model arasında 28 örtüşen işaret tespit edilmiştir. Daha sonra, önemli ölçüde ilişkili SNP'lerin yukarı ve aşağı yönde 5kb'lik bir bölgesinde, sırasıyla toplamsal ve baskınlık etkileri için 222 ve 229 aday gen belirlenmiştir. Tüm aday genler arasında yapılan değerlendirmede çoğunun hücre duvarı biyosentezi ve fotosentez regülasyonu dahil olmak üzere morfolojik oluşumla ilgili olduğu tespit edilmiştir. Abiyotik ve biyotik stres tepkisine katkıda bulunan diğer genlerin de bitki büyümesi ve odun özelliklerinin heterozisi ile ilişkili olduğu gözlenmiştir. Sonuç olarak, katkı ve baskınlık modelini kullanan GWAS yaklaşımının, Okaliptüs melez popülasyonlarındaki büyüme ve odun özellikleri ile ilgili heterozisin genetik temelini anlamak için güçlü bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır. Bu çalışmada, verimliliği artırmak için orman ağacı yetiştirme programının geliştirilmesine katkıda bulunabilecek birkaç aday gen tanımlanmıştır.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: