Published July 6, 2021
| Version v1
Publication
Open
Genome-wide association mapping of lentil (Lens culinaris Medikus) prebiotic carbohydrates toward improved human health and crop stress tolerance
Creators
- 1. Clemson University
- 2. International University of Rabat
Description
Abstract Lentil, a cool-season food legume, is rich in protein and micronutrients with a range of prebiotic carbohydrates, such as raffinose-family oligosaccharides (RFOs), fructooligosaccharides (FOSs), sugar alcohols (SAs), and resistant starch (RS), which contribute to lentil's health benefits. Beneficial microorganisms ferment prebiotic carbohydrates in the colon, which impart health benefits to the consumer. In addition, these carbohydrates are vital to lentil plant health associated with carbon transport, storage, and abiotic stress tolerance. Thus, lentil prebiotic carbohydrates are a potential nutritional breeding target for increasing crop resilience to climate change with increased global nutritional security. This study phenotyped a total of 143 accessions for prebiotic carbohydrates. A genome-wide association study (GWAS) was then performed to identify associated variants and neighboring candidate genes. All carbohydrates analyzed had broad-sense heritability estimates ( H 2 ) ranging from 0.22 to 0.44, comparable to those reported in the literature. Concentration ranges corresponded to percent recommended daily allowances of 2–9% SAs, 7–31% RFOs, 51–111% RS, and 57–116% total prebiotic carbohydrates. Significant SNPs and associated genes were identified for numerous traits, including a galactosyltransferase ( Lcu.2RBY.1g019390 ) known to aid in RFO synthesis. Further studies in multiple field locations are necessary. Yet, these findings suggest the potential for molecular-assisted breeding for prebiotic carbohydrates in lentil to support human health and crop resilience to increase global food security.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
العدس المجرد، وهو بقول غذائي للموسم البارد، غني بالبروتين والمغذيات الدقيقة مع مجموعة من الكربوهيدرات الحيوية، مثل السكريات قليلة السكاريد من عائلة الرافينوز (RFOs)، والسكريات الفركتولية (FOSs)، والكحوليات السكرية (SAs)، والنشا المقاوم (RS)، والتي تساهم في الفوائد الصحية للعدس. تخمر الكائنات الحية الدقيقة المفيدة الكربوهيدرات الحيوية في القولون، والتي تضفي فوائد صحية للمستهلك. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر هذه الكربوهيدرات حيوية لصحة نبات العدس المرتبطة بنقل الكربون وتخزينه وتحمل الإجهاد اللاأحيائي. وبالتالي، فإن كربوهيدرات العدس البريبايوتيك هي هدف محتمل للتربية الغذائية لزيادة قدرة المحاصيل على التكيف مع تغير المناخ مع زيادة الأمن الغذائي العالمي. أظهرت هذه الدراسة ما مجموعه 143 إضافة للكربوهيدرات قبل الحيوية. ثم أجريت دراسة ارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) لتحديد المتغيرات المرتبطة والجينات المرشحة المجاورة. كانت جميع الكربوهيدرات التي تم تحليلها تحتوي على تقديرات وراثة واسعة الإحساس ( H 2 ) تتراوح من 0.22 إلى 0.44، مقارنة بتلك الواردة في الأدبيات. تتوافق نطاقات التركيز مع النسبة المئوية للبدلات اليومية الموصى بها من 2-9 ٪ SAs، و 7-31 ٪ RFOs، و 51-111 ٪ RS، و 57-116 ٪ من إجمالي الكربوهيدرات الحيوية. تم تحديد SNPs كبيرة والجينات المرتبطة بها للعديد من السمات، بما في ذلك ناقلة الجالاكتوسيل ( Lcu.2RBY.1g019390) المعروفة بالمساعدة في تخليق RFO. من الضروري إجراء مزيد من الدراسات في مواقع ميدانية متعددة. ومع ذلك، تشير هذه النتائج إلى إمكانية التكاثر الجزيئي للكربوهيدرات الحيوية في العدس لدعم صحة الإنسان ومرونة المحاصيل لزيادة الأمن الغذائي العالمي.Translated Description (French)
Résumé La lentille, une légumineuse alimentaire de saison fraîche, est riche en protéines et en micronutriments avec une gamme de glucides prébiotiques, tels que les oligosaccharides de la famille des raffinose (RFO), les fructooligosaccharides (Fos), les alcools de sucre (SA) et l'amidon résistant (RS), qui contribuent aux bienfaits pour la santé de la lentille. Les micro-organismes bénéfiques fermentent les glucides prébiotiques dans le côlon, ce qui confère des avantages pour la santé au consommateur. De plus, ces glucides sont essentiels à la santé des lentilles associées au transport, au stockage et à la tolérance au stress abiotique du carbone. Ainsi, les glucides prébiotiques de lentilles sont une cible potentielle de sélection nutritionnelle pour accroître la résilience des cultures au changement climatique avec une sécurité nutritionnelle mondiale accrue. Cette étude a phénotypé un total de 143 accessions pour les glucides prébiotiques. Une étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) a ensuite été réalisée pour identifier les variants associés et les gènes candidats voisins. Tous les glucides analysés avaient des estimations d'héritabilité au sens large ( H 2 ) allant de 0,22 à 0,44, comparables à celles rapportées dans la littérature. Les plages de concentrations correspondaient au pourcentage d'apports journaliers recommandés de 2 à 9 % d'AS, de 7 à 31 % de RFOs, de 51 à 111 % de RS et de 57 à 116 % de glucides prébiotiques totaux. Des SNP significatifs et des gènes associés ont été identifiés pour de nombreux traits, y compris une galactosyltransférase ( Lcu.2RBY.1g019390 ) connue pour aider à la synthèse des RFO. D'autres études sur plusieurs sites de terrain sont nécessaires. Pourtant, ces résultats suggèrent le potentiel de la sélection assistée par molécule pour les glucides prébiotiques dans les lentilles pour soutenir la santé humaine et la résilience des cultures afin d'accroître la sécurité alimentaire mondiale.Translated Description (Spanish)
Resumen La lenteja, una leguminosa alimentaria de estación fría, es rica en proteínas y micronutrientes con una gama de carbohidratos prebióticos, como los oligosacáridos de la familia de la rafinosa (RFO), los fructooligosacáridos (FOS), los alcoholes de azúcar (SA) y el almidón resistente (RS), que contribuyen a los beneficios para la salud de la lenteja. Los microorganismos beneficiosos fermentan los carbohidratos prebióticos en el colon, que confieren beneficios para la salud al consumidor. Además, estos carbohidratos son vitales para la salud de las plantas de lentejas asociadas con el transporte de carbono, el almacenamiento y la tolerancia al estrés abiótico. Por lo tanto, los carbohidratos prebióticos de lentejas son un objetivo potencial de mejoramiento nutricional para aumentar la resiliencia de los cultivos al cambio climático con una mayor seguridad nutricional global. Este estudio fenotipificó un total de 143 accesiones para carbohidratos prebióticos. Luego se realizó un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) para identificar variantes asociadas y genes candidatos vecinos. Todos los carbohidratos analizados tenían estimaciones de heredabilidad de sentido amplio ( H 2 ) que oscilaban entre 0,22 y 0,44, comparables a las informadas en la literatura. Los rangos de concentración correspondieron al porcentaje de cantidades diarias recomendadas de 2–9% de SA, 7-31% de RFO, 51-111% de RS y 57–116% de carbohidratos prebióticos totales. Se identificaron SNP significativos y genes asociados para numerosos rasgos, incluida una galactosiltransferasa (Lcu.2RBY.1g019390 ) conocida por ayudar en la síntesis de RFO. Se necesitan más estudios en múltiples ubicaciones de campo. Sin embargo, estos hallazgos sugieren el potencial del mejoramiento molecular de carbohidratos prebióticos en lentejas para apoyar la salud humana y la resiliencia de los cultivos para aumentar la seguridad alimentaria mundial.Files
s41598-021-93475-3.pdf.pdf
Files
(3.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b9bd8ad7036624dcc6c37af1968ce746
|
3.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- رسم خرائط الارتباط على مستوى الجينوم للعدس (Lens culinaris Medikus) الكربوهيدرات الحيوية نحو تحسين صحة الإنسان وتحمل إجهاد المحاصيل
- Translated title (French)
- Cartographie de l'association à l'échelle du génome des glucides prébiotiques de lentilles (Lens culinaris Medikus) pour améliorer la santé humaine et la tolérance au stress des cultures
- Translated title (Spanish)
- Mapeo de asociación de todo el genoma de carbohidratos prebióticos de lentejas (Lens culinaris Medikus) para mejorar la salud humana y la tolerancia al estrés de los cultivos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3181214038
- DOI
- 10.1038/s41598-021-93475-3
References
- https://openalex.org/W1178327940
- https://openalex.org/W1577037358
- https://openalex.org/W1893993890
- https://openalex.org/W1914949904
- https://openalex.org/W1972216668
- https://openalex.org/W1973419623
- https://openalex.org/W1976488272
- https://openalex.org/W1980168725
- https://openalex.org/W2005092419
- https://openalex.org/W2011763617
- https://openalex.org/W2024340152
- https://openalex.org/W2032467781
- https://openalex.org/W2045024888
- https://openalex.org/W2051125961
- https://openalex.org/W2052723759
- https://openalex.org/W2055025260
- https://openalex.org/W2065589216
- https://openalex.org/W2066120387
- https://openalex.org/W2068793693
- https://openalex.org/W2101825233
- https://openalex.org/W2107608791
- https://openalex.org/W2107805950
- https://openalex.org/W2116098148
- https://openalex.org/W2140746146
- https://openalex.org/W2146536353
- https://openalex.org/W2149351690
- https://openalex.org/W2149992227
- https://openalex.org/W2157966753
- https://openalex.org/W2161633633
- https://openalex.org/W2181373999
- https://openalex.org/W2213037030
- https://openalex.org/W2252512272
- https://openalex.org/W2517300710
- https://openalex.org/W2529596433
- https://openalex.org/W2535815407
- https://openalex.org/W2563720483
- https://openalex.org/W2567188622
- https://openalex.org/W2627092521
- https://openalex.org/W2795529945
- https://openalex.org/W2807891875
- https://openalex.org/W2886828364
- https://openalex.org/W2952113787
- https://openalex.org/W2959398154
- https://openalex.org/W3012190649
- https://openalex.org/W3092764926
- https://openalex.org/W3120280644