Published November 23, 2021
| Version v1
Publication
Open
Structure of genetic diversity and genome-wide association studies of bean fly (Ophiomyia spencerella) resistance in common bean
- 1. Egerton University
- 2. John Innes Centre
- 3. Norwich Research Park
- 4. International Livestock Research Institute
Description
Abstract Eastern Africa is a significant region of common bean ( Phaseolus vulgaris L.) production and genetic diversity. Insect pests are a major biotic constraint in subsistence crop production systems. Bean fly ( Ophiomyia spencerella ) is a serious pest of beans in eastern Africa highlands. Breeding efforts focus on combining adaptability traits with user preferred seed types. However, lack of information on molecular markers linked to genes modulating bean fly resistance has slowed breeding progress. The objectives were to: (i) characterize genetic diversity and uncover putative bean fly resistant genotypes within diverse seed types and market classes and (ii) identify genomic regions controlling bean fly resistance using genome-wide association analysis (GWAS). A set of 276 diverse genotypes comprising local landraces and varieties from Kenya alongside introductions from International Centre for Tropical Agriculture (CIAT), were assembled. The germplasm represented varied bean production ecologies and seed types. Genetic diversity conforming to Andean and Mesoamerican genepools was established. Out of 276 genotypes evaluated, 150 were Andean, 74 were Mesoamerican and 52 were admixed. Twenty-two genotypes were resistant to bean fly. Association mapping results for stem damage score and plant mortality identified six significant single-nucleotide polymorphisms (SNPs) on chromosomes Pv01 and Pv09. The most significant SNP marker was 12 kilobases downstream of Phvul.001G074900 gene with LOD score > 4.0 hence in linkage disequilibrium with the postulated gene. The identified candidate gene is pleiotropic and modulates both flowering time and plant responses to stress. These findings are a key step towards marker-enabled breeding in common bean for sub-Saharan Africa.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ملخص شرق أفريقيا هي منطقة مهمة من إنتاج الفاصوليا الشائعة ( Phaseolus vulgaris L.) والتنوع الوراثي. تمثل الآفات الحشرية عائقًا حيويًا رئيسيًا في أنظمة إنتاج محاصيل الكفاف. ذبابة الفاصوليا ( Ophiomyia spencerella ) هي آفة خطيرة من الفاصوليا في مرتفعات شرق أفريقيا. تركز جهود التكاثر على الجمع بين سمات القدرة على التكيف وأنواع البذور المفضلة لدى المستخدم. ومع ذلك، فإن نقص المعلومات حول العلامات الجزيئية المرتبطة بالجينات التي تعدل مقاومة ذبابة الفاصوليا قد أبطأ تقدم التكاثر. كانت الأهداف هي: (1) توصيف التنوع الجيني والكشف عن الأنماط الجينية المفترضة المقاومة لذبابة الفاصوليا ضمن أنواع البذور المتنوعة وفئات السوق و (2) تحديد المناطق الجينية التي تتحكم في مقاومة ذبابة الفاصوليا باستخدام تحليل الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS). تم تجميع مجموعة من 276 نمطًا وراثيًا متنوعًا تضم السلالات المحلية والأصناف من كينيا إلى جانب مقدمات من المركز الدولي للزراعة المدارية (CIAT). تمثل الجبلة الجرثومية بيئات متنوعة لإنتاج الفول وأنواع البذور. تم إنشاء التنوع الجيني المطابق لمجموعات الجينات في الأنديز وأمريكا الوسطى. من بين 276 نمطًا وراثيًا تم تقييمها، كان 150 من الأنديز، و 74 من أمريكا الوسطى و 52 تم خلطها. كان اثنان وعشرون نمطًا وراثيًا مقاومًا لذبابة الفاصوليا. حددت نتائج رسم خرائط الارتباط لدرجة تلف الجذع ووفيات النبات ستة أشكال متعددة من النيوكليوتيدات المفردة (SNPs) على الكروموسومات Pv01 و Pv09. كان مؤشر SNP الأكثر أهمية هو 12 كيلوبايز في اتجاه مجرى الجين Phvul.001G074900 مع درجة LOD > 4.0 وبالتالي في اختلال التوازن الرابط مع الجين المفترض. الجين المرشح المحدد متعدد الاتجاهات ويعدل كل من وقت الإزهار واستجابات النبات للإجهاد. هذه النتائج هي خطوة رئيسية نحو التكاثر المعزز بالعلامات في الفاصوليا الشائعة لأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى.Translated Description (French)
Résumé L'Afrique de l'Est est une région importante de production de haricots communs ( Phaseolus vulgaris L.) et de diversité génétique. Les insectes nuisibles sont une contrainte biotique majeure dans les systèmes de production de cultures de subsistance. La mouche des haricots ( Ophiomyia spencerella ) est un ravageur grave des haricots dans les hautes terres d'Afrique de l'Est. Les efforts de sélection se concentrent sur la combinaison des traits d'adaptabilité avec les types de semences préférés des utilisateurs. Cependant, le manque d'informations sur les marqueurs moléculaires liés aux gènes modulant la résistance des mouches des haricots a ralenti les progrès de la reproduction. Les objectifs étaient de : (i) caractériser la diversité génétique et découvrir des génotypes présumés résistants à la mouche du haricot au sein de divers types de semences et classes de marché et (ii) identifier les régions génomiques contrôlant la résistance de la mouche du haricot à l'aide de l'analyse d'association à l'échelle du génome (GWAS). Un ensemble de 276 génotypes divers comprenant des races et des variétés locales du Kenya ainsi que des introductions du Centre international d'agriculture tropicale (CIAT) ont été assemblés. Le germoplasme représentait des écologies de production de haricots et des types de graines variés. Une diversité génétique conforme aux généalogies andine et mésoaméricaine a été établie. Sur 276 génotypes évalués, 150 étaient andins, 74 étaient mésoaméricains et 52 ont été mélangés. Vingt-deux génotypes étaient résistants à la mouche du haricot. Les résultats de la cartographie d'association pour le score de dommages aux tiges et la mortalité des plantes ont identifié six polymorphismes mononucléotidiques (SNP) significatifs sur les chromosomes Pv01 et Pv09. Le marqueur SNP le plus significatif était de 12 kilobases en aval du gène Phvul.001G074900 avec un score LOD > 4,0 donc en déséquilibre de liaison avec le gène postulé. Le gène candidat identifié est pléiotrope et module à la fois le temps de floraison et les réponses des plantes au stress. Ces résultats sont une étape clé vers la sélection à l'aide de marqueurs dans le haricot commun pour l'Afrique subsaharienne.Translated Description (Spanish)
Resumen África Oriental es una región significativa de producción y diversidad genética de frijol común ( Phaseolus vulgaris L.). Las plagas de insectos son una limitación biótica importante en los sistemas de producción de cultivos de subsistencia. La mosca del frijol ( Ophiomyia spencerella ) es una plaga grave de los frijoles en las tierras altas del este de África. Los esfuerzos de mejoramiento se centran en combinar los rasgos de adaptabilidad con los tipos de semillas preferidos por el usuario. Sin embargo, la falta de información sobre los marcadores moleculares vinculados a los genes que modulan la resistencia a la mosca del frijol ha ralentizado el progreso de la reproducción. Los objetivos fueron: (i) caracterizar la diversidad genética y descubrir genotipos putativos resistentes a la mosca del frijol dentro de diversos tipos de semillas y clases de mercado e (ii) identificar regiones genómicas que controlan la resistencia a la mosca del frijol utilizando el análisis de asociación de todo el genoma (GWAS). Se ensambló un conjunto de 276 genotipos diversos que comprenden variedades autóctonas locales y variedades de Kenia junto con presentaciones del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT). El germoplasma representó variadas ecologías de producción de frijol y tipos de semillas. Se estableció la diversidad genética conforme a los acervos genéticos andinos y mesoamericanos. De los 276 genotipos evaluados, 150 eran andinos, 74 mesoamericanos y 52 mezclados. Veintidós genotipos eran resistentes a la mosca del frijol. Los resultados del mapeo de asociación para la puntuación de daño en el tallo y la mortalidad de la planta identificaron seis polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) significativos en los cromosomas Pv01 y Pv09. El marcador SNP más significativo fue 12 kilobases aguas abajo del gen Phvul.001G074900 con una puntuación LOD > 4.0, por lo tanto, en desequilibrio de ligamiento con el gen postulado. El gen candidato identificado es pleiotrópico y modula tanto el tiempo de floración como las respuestas de las plantas al estrés. Estos hallazgos son un paso clave hacia la cría habilitada por marcadores en frijol común para el África subsahariana.Files
s10681-021-02949-y.pdf.pdf
Files
(2.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d19d2c415d98c12149d8673524015b80
|
2.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- بنية التنوع الجيني ودراسات الارتباط على نطاق الجينوم لمقاومة ذبابة الفاصوليا (Ophiomyia spencerella) في الفاصوليا الشائعة
- Translated title (French)
- Structure de la diversité génétique et études d'association à l'échelle du génome de la résistance à la mouche du haricot (Ophiomyia spencerella) chez le haricot commun
- Translated title (Spanish)
- Estructura de la diversidad genética y estudios de asociación de todo el genoma de la resistencia de la mosca del frijol (Ophiomyia spencerella) en el frijol común
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3217389962
- DOI
- 10.1007/s10681-021-02949-y
References
- https://openalex.org/W100448805
- https://openalex.org/W13964601
- https://openalex.org/W1504050599
- https://openalex.org/W1536423681
- https://openalex.org/W1544605214
- https://openalex.org/W1981697943
- https://openalex.org/W1981987829
- https://openalex.org/W1994889846
- https://openalex.org/W1997098139
- https://openalex.org/W1997303119
- https://openalex.org/W1998028289
- https://openalex.org/W1998456548
- https://openalex.org/W1999581165
- https://openalex.org/W2000084758
- https://openalex.org/W2001516707
- https://openalex.org/W2015831149
- https://openalex.org/W2018149277
- https://openalex.org/W2022568747
- https://openalex.org/W2033737825
- https://openalex.org/W2033905820
- https://openalex.org/W2035839217
- https://openalex.org/W2037660465
- https://openalex.org/W2043365281
- https://openalex.org/W2053634297
- https://openalex.org/W2067376788
- https://openalex.org/W2068735103
- https://openalex.org/W2069741596
- https://openalex.org/W2073813679
- https://openalex.org/W2073970020
- https://openalex.org/W2088242966
- https://openalex.org/W2088486634
- https://openalex.org/W2098126593
- https://openalex.org/W2099387494
- https://openalex.org/W2105349760
- https://openalex.org/W2110035718
- https://openalex.org/W2117876351
- https://openalex.org/W2124554975
- https://openalex.org/W2131424075
- https://openalex.org/W2141292707
- https://openalex.org/W2141616651
- https://openalex.org/W2142857747
- https://openalex.org/W2148030657
- https://openalex.org/W2153202916
- https://openalex.org/W2156151358
- https://openalex.org/W2161339576
- https://openalex.org/W2170491162
- https://openalex.org/W2173862132
- https://openalex.org/W2286961839
- https://openalex.org/W2337754007
- https://openalex.org/W2483883060
- https://openalex.org/W2485493954
- https://openalex.org/W2596324089
- https://openalex.org/W2607362755
- https://openalex.org/W2618865479
- https://openalex.org/W2757602863
- https://openalex.org/W2767438061
- https://openalex.org/W2767487910
- https://openalex.org/W2768039724
- https://openalex.org/W2790951509
- https://openalex.org/W2802884437
- https://openalex.org/W2888887765
- https://openalex.org/W2905274684
- https://openalex.org/W2914394835
- https://openalex.org/W2917101543
- https://openalex.org/W2956298019
- https://openalex.org/W2959068793
- https://openalex.org/W3026190944
- https://openalex.org/W3034658245
- https://openalex.org/W3092555811
- https://openalex.org/W3100139835
- https://openalex.org/W3110673557
- https://openalex.org/W3113244338
- https://openalex.org/W3133677409
- https://openalex.org/W3158200100
- https://openalex.org/W4236820813
- https://openalex.org/W4256666631
- https://openalex.org/W4300843067
- https://openalex.org/W50118476
- https://openalex.org/W64738837