Идентификация QTL по цвету корней и содержанию каротиноидов в популяциях F2 японской оранжевой моркови

Том 12 научных докладов, номер статьи: 8063 (2022) Цитировать эту статью

1136 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Морковь является основным источником провитамина А в рационе человека. Двумя наиболее важными признаками для селекции моркови являются содержание каротиноидов и цвет корня. Чтобы изучить геномные области, связанные с этими признаками, и разработать ДНК-маркеры для селекции моркови, мы провели ассоциативный анализ, основанный на общей линейной модели с использованием полногеномного однонуклеотидного полиморфизма (SNP) в двух популяциях F2, обе полученные в результате скрещивания моркови с оранжевым корнем. выведен в Японии. Анализ выявил 21 локус значимых количественных признаков (QTL). Чтобы подтвердить обнаружение QTL, мы также провели анализ QTL на основе составного интервального картирования этих популяций и обнаружили 32 QTL. Одиннадцать QTL были обнаружены как с помощью анализа ассоциации, так и с помощью анализа QTL. Физическое положение некоторых QTL предполагает два возможных гена-кандидата: ген оранжевого цвета (Or) для визуальной оценки цвета, содержание α- и β-каротина и ген хромопласт-специфической ликопин-β-циклазы (CYC-B) для β-каротина. /α соотношение каротина. Маркер KASP, разработанный на Or, позволил выявить количественные различия в цвете у другой родственной линии разведения. Обнаруженные QTL и ДНК-маркер будут способствовать селекции моркови и пониманию биосинтеза и накопления каротиноидов в оранжевой моркови.

Морковь (Daucus carota L.), основной источник провитамина А-каротина в рационе человека, потребляется во всем мире1. Морковь накапливает большое количество каротиноидов в своих стержневых корнях, и считается, что эти каротиноиды (которые отвечают за оранжевую пигментацию корней моркови) приносят пользу для здоровья2. У стержневых корней моркови наблюдалось разнообразие цветов, включая оранжевый, белый, желтый, красный и фиолетовый. Анализ локусов количественных признаков (QTL) и исследования ассоциаций цвета корня моркови и содержания каротиноидов были проведены в нескольких популяциях, и сообщалось о важных и полезных QTL3,4,5,6. В этих исследованиях использовались популяции, полученные в результате скрещивания образцов, демонстрирующие явно разные цвета корней, такие как оранжевый и белый3,4,5 и оранжевый и темно-оранжевый4, а в других исследованиях использовались перекрёстные популяции, полученные от белой, желтой, красной и оранжевой моркови6.

Биосинтез каротиноидов хорошо изучен, и высококонсервативный путь биосинтеза каротиноидов охарактеризован у многих видов растений (рис. 1)7,8,9. У моркови было картировано несколько генов биосинтеза каротиноидов3, а высвобожденные последовательности цельного генома моркови показали ортологичные и гомологичные гены, участвующие в пути биосинтеза каротиноидов10,11. Также было идентифицировано несколько генов, участвующих в биосинтезе и накоплении каротиноидов в моркови. В моркови идентифицирован ортолог каротингидроксилазы CYP97A3 в пути биосинтеза каротиноидов; он контролирует содержание α-каротина, общее содержание каротиноидов и соотношение α/β-каротинов12. Исследование ассоциаций генов-кандидатов пути биосинтеза каротиноидов выявило ассоциации между общим содержанием каротиноидов и β-каротина и генами зеаксантинэпоксидазы (ZEP), фитоендесатуразы (PDS) и каротиноидизомеразы (CRTISO), между содержанием α-каротина и гены CRTISO и пластид-концевой оксидазы (PTOX), а также между цветовыми компонентами и геном ZEP6.

Пути биосинтеза каротиноидов. Путь биосинтеза каротиноидов показан черным цветом, гены биосинтеза каротиноидов обозначены синим цветом. Рисунок составлен и обобщен на основе Стэнли и др.8 и Аль-Бабили и др.9. PSY – фитоенсинтаза; PDS – фитоендесатураза; Z-ISO, ζ-каротинизомераза; ZDS – ζ-каротиндесатураза; CRTISO, каротинизомераза; LCYE – ликопин-ε-циклаза; LCYB — ликопин-β-циклаза; CYP97A3, β-гидроксилаза цитохрома P450-типа; CYP97C1, ε-гидроксилаза цитохрома P450-типа; CYC-B, хромопласт-специфическая ликопин-β-циклаза; BCH – β-каротингидроксилаза; ZEP – зеаксантинэпоксидаза; NSY, неоксантинсинтаза; CCS — капсантин-капсорубинсинтаза.