Avaliação da diversidade genética e desenvolvimento de marcadores SNP no germoplasma de amendoim em Taiwan pela RAD

Jul 09, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14495 (2022) Citar este artigo

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O amendoim cultivado (Arachis hypogaea L.) é uma importante oleaginosa, mas possui uma diversidade genética estreita. Marcadores moleculares podem ser usados ​​para sondar a diversidade genética de vários germoplasmas. Neste estudo, a abordagem do DNA associado ao local de restrição (RAD) foi utilizada para sequenciar 31 acessos de germoplasma de amendoim de Taiwan, levando à identificação de um total de 17.610 polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs). Quando agrupamos esses 31 acessos em dois subconjuntos de acordo com a origem, descobrimos que o subconjunto “global” (n = 17) era mais diversificado geneticamente do que o subconjunto “local” (n = 14). No que diz respeito às variedades botânicas, a var. O subconjunto fastigiata apresentou maior diversidade genética que os outros dois subconjuntos de var. vulgaris e var. hypogaea, sugerindo que novos recursos genéticos deveriam ser introduzidos em programas de melhoramento para aumentar a diversidade genética. A análise de componentes principais (PCA) dos dados de genotipagem separou os 31 acessos em três grupos, em grande parte de acordo com as variedades botânicas, consistente com o resultado do PCA para 282 acessos genotipados por 14 marcadores competitivos de PCR específico de alelo (KASP) desenvolvidos neste estudo. Os marcadores SNP identificados neste trabalho não apenas revelaram a relação genética e a estrutura populacional do germoplasma atual em Taiwan, mas também oferecem uma ferramenta eficiente para melhoramento e outras aplicações genéticas.

Originário da América do Sul, o amendoim cultivado (Arachis hypogaea L.) é um alotetraplóide (AABB, 2n = 4x = 40) e uma importante leguminosa em todo o mundo. Os humanos se beneficiam das sementes de amendoim como alimento e fonte de óleo devido ao seu alto percentual de proteínas e ácidos graxos1. A produção anual de amendoim aumentou nos últimos 20 anos, atingindo 53 milhões de toneladas em 2020, de acordo com a FAOSTAT (http://www.fao.org/faostat). Para satisfazer a crescente procura de amendoim sob a ameaça das alterações climáticas, a criação de novas variedades é uma estratégia eficaz para melhorar as características qualitativas e quantitativas do amendoim.

A conservação do germoplasma de Arachis e a exploração de sua diversidade genética são cruciais para o melhoramento do amendoim cultivado. Atualmente, vários bancos genéticos são conhecidos pelo seu germoplasma Arachis, incluindo o Instituto Internacional de Pesquisa de Culturas para os Trópicos Semi-Áridos (ICRISAT), o Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA) e o Instituto de Pesquisa de Culturas Oleaginosas da Academia Chinesa de Ciências Agrícolas ( OCRI-CAAS). Mais de 15.000, 9.000 e 8.000 acessos foram coletados no ICRISAT, USDA e OCRI-CAAS2, respectivamente. Por outro lado, compreender a diversidade genética do germoplasma disponível é o pré-requisito antes de lançar programas de melhoramento, e a utilização de marcadores moleculares é a estratégia predominante para avaliar a diversidade genética do germoplasma atualmente3. O amendoim cultivado apresenta baixa diversidade genética devido à recente hibridização de seus dois ancestrais e seleção em programas de melhoramento4,5,6,7. Embora a estreita diversidade genética do amendoim cultivado tenha dificultado o desenvolvimento de marcadores moleculares, foi possível desenvolver e utilizar marcadores de repetição de sequência simples (SSR) para avaliar a diversidade genética no amendoim cultivado8,9,10,11. Em particular, as estruturas populacionais de 92 acessos na Coleção Mini Core de Amendoim dos EUA e 196 principais cultivares de amendoim na China foram reveladas por marcadores SSR . Embora os marcadores SSR tenham sido amplamente utilizados para identificar a diversidade genética de populações de amendoim, esses estudos tiveram tamanho populacional limitado devido ao desafiador processo de genotipagem.

Recentemente, os projetos do genoma do amendoim possibilitados pelo sequenciamento de próxima geração (NGS) revolucionaram a pesquisa genética em amendoins cultivados. Até o momento, os genomas de Arachis hypogaea L. e de seus dois ancestrais diplóides, A. duranensis (AA) e A. ipaensis (BB), foram sequenciados6,7,14. Essas sequências genômicas de alta qualidade abriram caminho para o desenvolvimento de marcadores de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) de alto rendimento, por exemplo, por meio de genotipagem por sequenciamento (GBS), que pode então facilitar o melhoramento molecular do amendoim. O arranjo SNP de 58 K 'Axiom_Arachis', desenvolvido por meio do resequenciamento de 41 acessos de amendoim, foi usado para identificar a diversidade genética em 384 genótipos de Arachis, incluindo a Mini Core Collection do USDA e espécies selvagens 15,16, enquanto 787 acessos da coleção central de amendoim dos EUA foram genotipados pelo Matriz SNP de 14 K 'Arachis_Axiom2' para revelar sua diversidade genética . Comparado aos arranjos SNP, o GBS é uma técnica mais econômica baseada no sequenciamento do genoma reduzido associado a locais de restrição usando NGS . Na pesquisa do amendoim, essa técnica foi aplicada no desenvolvimento de SNPs, possibilitando a construção de mapas genéticos para mapeamento de locus de características quantitativas (QTL) e análise da estrutura populacional20,21,22.