Published April 1, 2023
| Version v1
Publication
Open
Genome‐wide association analysis of hyperspectral reflectance data to dissect the genetic architecture of growth‐related traits in maize under plant growth‐promoting bacteria inoculation
Creators
- 1. Virginia Tech
- 2. Universidade de São Paulo
- 3. International Rice Research Institute
Description
Plant growth-promoting bacteria (PGPB) may be of use for increasing crop yield and plant resilience to biotic and abiotic stressors. Using hyperspectral reflectance data to assess growth-related traits may shed light on the underlying genetics as such data can help assess biochemical and physiological traits. This study aimed to integrate hyperspectral reflectance data with genome-wide association analyses to examine maize growth-related traits under PGPB inoculation. A total of 360 inbred maize lines with 13,826 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were evaluated with and without PGPB inoculation; 150 hyperspectral wavelength reflectances at 386-1021 nm and 131 hyperspectral indices were used in the analysis. Plant height, stalk diameter, and shoot dry mass were measured manually. Overall, hyperspectral signatures produced similar or higher genomic heritability estimates than those of manually measured phenotypes, and they were genetically correlated with manually measured phenotypes. Furthermore, several hyperspectral reflectance values and spectral indices were identified by genome-wide association analysis as potential markers for growth-related traits under PGPB inoculation. Eight SNPs were detected, which were commonly associated with manually measured and hyperspectral phenotypes. Different genomic regions were found for plant growth and hyperspectral phenotypes between with and without PGPB inoculation. Moreover, the hyperspectral phenotypes were associated with genes previously reported as candidates for nitrogen uptake efficiency, tolerance to abiotic stressors, and kernel size. In addition, a Shiny web application was developed to explore multiphenotype genome-wide association results interactively. Taken together, our results demonstrate the usefulness of hyperspectral-based phenotyping for studying maize growth-related traits in response to PGPB inoculation.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
قد تكون البكتيريا المعززة لنمو النبات (PGPB) مفيدة لزيادة إنتاجية المحاصيل ومرونة النبات تجاه الضغوطات الحيوية واللاأحيائية. قد يؤدي استخدام بيانات الانعكاس فائق الطيف لتقييم السمات المرتبطة بالنمو إلى تسليط الضوء على علم الوراثة الأساسي حيث يمكن أن تساعد هذه البيانات في تقييم السمات البيوكيميائية والفسيولوجية. تهدف هذه الدراسة إلى دمج بيانات الانعكاس فوق الطيفي مع تحليلات الارتباط على مستوى الجينوم لفحص الصفات المرتبطة بنمو الذرة تحت تلقيح PGPB. تم تقييم ما مجموعه 360 خطًا من خطوط الذرة الفطرية مع 13826 من الأشكال المتعددة للنيوكليوتيدات المفردة (SNPs) مع وبدون تلقيح PGPB ؛ تم استخدام 150 انعكاسًا للطول الموجي الفائق عند 386-1021 نانومتر و 131 مؤشرًا فائق الطيف في التحليل. تم قياس ارتفاع النبات وقطر الساق والكتلة الجافة يدويًا. بشكل عام، أنتجت التواقيع فائقة الطيف تقديرات وراثة جينية مماثلة أو أعلى من تلك الخاصة بالأنماط الظاهرية المقاسة يدويًا، وكانت مرتبطة وراثيًا بالأنماط الظاهرية المقاسة يدويًا. علاوة على ذلك، تم تحديد العديد من قيم الانعكاس فوق الطيفي والمؤشرات الطيفية من خلال تحليل الارتباط على مستوى الجينوم كعلامات محتملة للسمات المرتبطة بالنمو تحت تلقيح PGPB. تم الكشف عن ثمانية SNPs، والتي كانت مرتبطة بشكل شائع بالأنماط الظاهرية المقاسة يدويًا وفوق الطيفية. تم العثور على مناطق جينومية مختلفة لنمو النبات والأنماط الظاهرية فرط الطيفية مع وبدون تلقيح PGPB. علاوة على ذلك، ارتبطت الأنماط الظاهرية فائقة الطيف بالجينات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا كمرشحة لكفاءة امتصاص النيتروجين، والتسامح مع الضغوطات اللاأحيائية، وحجم النواة. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير تطبيق ويب لامع لاستكشاف نتائج الارتباط متعدد الأنماط على مستوى الجينوم بشكل تفاعلي. تُظهر نتائجنا مجتمعة فائدة التنميط الظاهري القائم على الطيف الفائق لدراسة الصفات المرتبطة بنمو الذرة استجابة لتلقيح PGPB.Translated Description (French)
Les bactéries favorisant la croissance des plantes (PGPB) peuvent être utiles pour augmenter le rendement des cultures et la résilience des plantes aux facteurs de stress biotiques et abiotiques. L'utilisation de données de réflectance hyperspectrale pour évaluer les traits liés à la croissance peut faire la lumière sur la génétique sous-jacente, car ces données peuvent aider à évaluer les traits biochimiques et physiologiques. Cette étude visait à intégrer les données de réflectance hyperspectrale avec des analyses d'association à l'échelle du génome pour examiner les traits liés à la croissance du maïs sous inoculation de PGPB. Un total de 360 lignées de maïs consanguines avec 13 826 polymorphismes mononucléotidiques (SNP) ont été évaluées avec et sans inoculation de PGPB ; 150 réflectances de longueur d'onde hyperspectrale à 386-1021 nm et 131 indices hyperspectraux ont été utilisés dans l'analyse. La hauteur de la plante, le diamètre de la tige et la masse sèche de la pousse ont été mesurés manuellement. Dans l'ensemble, les signatures hyperspectrales ont produit des estimations d'héritabilité génomique similaires ou supérieures à celles des phénotypes mesurés manuellement, et elles étaient génétiquement corrélées avec les phénotypes mesurés manuellement. En outre, plusieurs valeurs de réflectance hyperspectrale et indices spectraux ont été identifiés par l'analyse d'association à l'échelle du génome comme marqueurs potentiels des traits liés à la croissance sous l'inoculation de PGPB. Huit SNP ont été détectés, qui étaient couramment associés à des phénotypes mesurés manuellement et hyperspectraux. Différentes régions génomiques ont été trouvées pour la croissance des plantes et les phénotypes hyperspectraux entre avec et sans inoculation de PGPB. De plus, les phénotypes hyperspectraux ont été associés à des gènes précédemment signalés comme candidats à l'efficacité de l'absorption de l'azote, à la tolérance aux facteurs de stress abiotiques et à la taille du noyau. En outre, une application Web Shiny a été développée pour explorer de manière interactive les résultats de l'association multiphénotypique à l'échelle du génome. Pris ensemble, nos résultats démontrent l'utilité du phénotypage hyperspectral pour l'étude des traits liés à la croissance du maïs en réponse à l'inoculation de PGPB.Translated Description (Spanish)
Las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB) pueden ser útiles para aumentar el rendimiento de los cultivos y la resistencia de las plantas a los factores estresantes bióticos y abióticos. El uso de datos de reflectancia hiperespectral para evaluar los rasgos relacionados con el crecimiento puede arrojar luz sobre la genética subyacente, ya que dichos datos pueden ayudar a evaluar los rasgos bioquímicos y fisiológicos. Este estudio tuvo como objetivo integrar los datos de reflectancia hiperespectral con los análisis de asociación de todo el genoma para examinar los rasgos relacionados con el crecimiento del maíz bajo inoculación de PGPB. Se evaluaron un total de 360 líneas de maíz endogámico con 13.826 polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) con y sin inoculación de PGPB; en el análisis se utilizaron 150 reflectancias de longitud de onda hiperespectrales a 386-1021 nm y 131 índices hiperespectrales. La altura de la planta, el diámetro del tallo y la masa seca del brote se midieron manualmente. En general, las firmas hiperespectrales produjeron estimaciones de heredabilidad genómica similares o superiores a las de los fenotipos medidos manualmente, y se correlacionaron genéticamente con los fenotipos medidos manualmente. Además, se identificaron varios valores de reflectancia hiperespectral e índices espectrales mediante análisis de asociación de todo el genoma como marcadores potenciales para rasgos relacionados con el crecimiento bajo inoculación de PGPB. Se detectaron ocho SNP, que se asociaron comúnmente con fenotipos medidos manualmente e hiperespectrales. Se encontraron diferentes regiones genómicas para el crecimiento vegetal y fenotipos hiperespectrales entre con y sin inoculación de PGPB. Además, los fenotipos hiperespectrales se asociaron con genes previamente informados como candidatos para la eficiencia de la absorción de nitrógeno, la tolerancia a los factores de estrés abióticos y el tamaño del grano. Además, se desarrolló una aplicación web Shiny para explorar los resultados de la asociación multifenotipo de todo el genoma de forma interactiva. En conjunto, nuestros resultados demuestran la utilidad de la fenotipificación basada en hiperespectros para estudiar los rasgos relacionados con el crecimiento del maíz en respuesta a la inoculación de PGPB.Files
pld3.492.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:bdca5ace1208ae8644c33126b86ac359
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل الارتباط على نطاق الجينوم لبيانات الانعكاس فوق الطيفي لتشريح البنية الوراثية للسمات المرتبطة بالنمو في الذرة تحت نمو النبات -تعزيز تلقيح البكتيريا
- Translated title (French)
- Analyse d'association à l'échelle du génome des données de réflectance hyperspectrale pour disséquer l'architecture génétique des traits liésà la croissance dans le maïs sous inoculation de bactéries favorisantla croissance des plantes
- Translated title (Spanish)
- Análisis de asociación de todo el genoma de datos de reflectancia hiperespectral para diseccionar la arquitectura genética de los rasgos relacionadoscon el crecimiento en el maíz bajo inoculación de bacterias promotoras del crecimiento vegetal
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4366832867
- DOI
- 10.1002/pld3.492
References
- https://openalex.org/W167374121
- https://openalex.org/W1715977163
- https://openalex.org/W1973981085
- https://openalex.org/W1983399824
- https://openalex.org/W1989179885
- https://openalex.org/W2028678328
- https://openalex.org/W2042254390
- https://openalex.org/W2047781550
- https://openalex.org/W2055062647
- https://openalex.org/W2068950233
- https://openalex.org/W2069919532
- https://openalex.org/W2073870144
- https://openalex.org/W2077214952
- https://openalex.org/W2077678945
- https://openalex.org/W2089464686
- https://openalex.org/W2091408025
- https://openalex.org/W2091473030
- https://openalex.org/W2093760700
- https://openalex.org/W2099928569
- https://openalex.org/W2107298137
- https://openalex.org/W2109404357
- https://openalex.org/W2110035718
- https://openalex.org/W2126946018
- https://openalex.org/W2130963558
- https://openalex.org/W2131112579
- https://openalex.org/W2135333204
- https://openalex.org/W2144504271
- https://openalex.org/W2147536066
- https://openalex.org/W2192020007
- https://openalex.org/W2498583668
- https://openalex.org/W2607240561
- https://openalex.org/W2623542129
- https://openalex.org/W2672766598
- https://openalex.org/W2756032082
- https://openalex.org/W2756491857
- https://openalex.org/W2758810255
- https://openalex.org/W2764166391
- https://openalex.org/W2793831701
- https://openalex.org/W2803689159
- https://openalex.org/W2889060373
- https://openalex.org/W2891502169
- https://openalex.org/W2902882615
- https://openalex.org/W2947772463
- https://openalex.org/W2951831261
- https://openalex.org/W2952113787
- https://openalex.org/W2999858967
- https://openalex.org/W3009749724
- https://openalex.org/W3011919251
- https://openalex.org/W3028311967
- https://openalex.org/W3033233258
- https://openalex.org/W3046209364
- https://openalex.org/W3088690709
- https://openalex.org/W3093533922
- https://openalex.org/W3099691904
- https://openalex.org/W3118389160
- https://openalex.org/W3150095517
- https://openalex.org/W3160326552
- https://openalex.org/W3162579610
- https://openalex.org/W3163804352
- https://openalex.org/W3174333366
- https://openalex.org/W3184450746
- https://openalex.org/W3195265589
- https://openalex.org/W3198507020
- https://openalex.org/W3201984643
- https://openalex.org/W3215189154
- https://openalex.org/W4200102389
- https://openalex.org/W4280528566
- https://openalex.org/W4310241332