Published September 13, 2022 | Version v1
Publication Open

Genetic dissection of the natural variation of ovule number per ovary in oilseed rape germplasm (Brassica napus L.)

Creators

  • 1. Oil Crops Research Institute
  • 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 3. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
  • 4. Shanghai Zhangjiang Laboratory

Description

Oilseed rape is one of the world's largest oil and industrial crops, providing humans with various products, such as vegetable oil and biofuel. Ovules are the direct precursors of seeds, and ovule number per ovary (ONPO) largely determines seed number per fruit that affects both yield and fitness of seed crops. The ONPO shows wide variation in oilseed rape, whereas the underlying genes and mechanisms are poorly known. The present study performed the genetic, physiological and transcriptomic analyses of ovule number per ovary using an association panel and the extreme lines. The ONPO of 327 accessions planted in four environments showed a large variation from 19.2 to 43.8, indicating a great potential for the further genetic improvement of ovule number. The genome-wide association study (GWAS) identified a total of 43 significant SNP markers. Further, these SNPs were integrated into 18 association loci, which were distributed on chromosomes A01, A03, A06, A07, A09, C01, C03, C06, C07, and C09, explaining 4.3-11.5% of the phenotypic variance. The ONPO decreased as their appearance order on the inflorescence and was associated with the level of several types of endogenous phytohormones but not related to leaf area and photosynthetic rate. Comparative transcriptomic analysis identified a total of 4,449 DEGs enriched in 30 classes, including DNA, RNA, protein, signaling, transport, development, cell wall, lipid metabolism, and secondary metabolism. Nearly half of DEGs were involved in the known pathways in regulating ovule number, of which 12 were homologous to know ovule number regulating genes, indicating a strong link between the identified DEGs and ovule number. A total of 73 DEGs were located within the genomic regions of association loci, of which six were identified as candidates based on functional annotation. These results provide useful information for the further genetic improvement of ovule and seed number in oilseed rape.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد اغتصاب البذور الزيتية أحد أكبر المحاصيل الزيتية والصناعية في العالم، حيث يزود البشر بمنتجات مختلفة، مثل الزيت النباتي والوقود الحيوي. البويضات هي السلائف المباشرة للبذور، وعدد البويضات لكل مبيض (ONPO) يحدد إلى حد كبير عدد البذور لكل فاكهة التي تؤثر على كل من إنتاجية وملاءمة محاصيل البذور. يُظهر ONPO تباينًا واسعًا في اغتصاب البذور الزيتية، في حين أن الجينات والآليات الأساسية غير معروفة جيدًا. أجرت هذه الدراسة التحليلات الجينية والفسيولوجية والنسخية لعدد البويضات لكل مبيض باستخدام لوحة الارتباط والخطوط المتطرفة. أظهر ONPO المكون من 327 ملحقًا مزروعًا في أربع بيئات تباينًا كبيرًا من 19.2 إلى 43.8، مما يشير إلى إمكانية كبيرة لمزيد من التحسين الوراثي لعدد البويضات. حددت دراسة الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) ما مجموعه 43 علامة SNP مهمة. علاوة على ذلك، تم دمج SNPs هذه في 18 موقع ارتباط، والتي تم توزيعها على الكروموسومات A01 و A03 و A06 و A07 و A09 و C01 و C03 و C06 و C07 و C09، مما يشرح 4.3-11.5 ٪ من التباين الظاهري. انخفض ONPO حسب ترتيب ظهوره على الإزهار وارتبط بمستوى عدة أنواع من الهرمونات النباتية الداخلية ولكن لا يرتبط بمساحة الورقة ومعدل التمثيل الضوئي. حدد التحليل النسخي المقارن ما مجموعه 4449 DEGs المخصب في 30 فئة، بما في ذلك الحمض النووي، والحمض النووي الريبي، والبروتين، والإشارات، والنقل، والتنمية، وجدار الخلية، واستقلاب الدهون، والتمثيل الغذائي الثانوي. شارك ما يقرب من نصف DEGs في المسارات المعروفة في تنظيم عدد البويضات، منها 12 متماثلة لمعرفة عدد البويضات التي تنظم الجينات، مما يشير إلى وجود صلة قوية بين DEGs المحددة وعدد البويضات. تم تحديد ما مجموعه 73 DEGs داخل المناطق الجينية لمواقع الارتباط، والتي تم تحديد ستة منها كمرشحين بناءً على الشرح الوظيفي. توفر هذه النتائج معلومات مفيدة لمزيد من التحسين الوراثي للبويضة وعدد البذور في اغتصاب البذور الزيتية.

Translated Description (French)

Le colza est l'une des plus grandes cultures oléagineuses et industrielles du monde, fournissant aux humains divers produits, tels que l'huile végétale et les biocarburants. Les ovules sont les précurseurs directs des graines, et le nombre d'ovules par ovaire (ONPO) détermine en grande partie le nombre de graines par fruit qui affecte à la fois le rendement et l'aptitude des cultures de semences. L'ONPO montre une grande variation dans le colza, alors que les gènes et mécanismes sous-jacents sont mal connus. La présente étude a réalisé les analyses génétiques, physiologiques et transcriptomiques du nombre d'ovules par ovaire à l'aide d'un panel d'association et des lignées extrêmes. L'ONPO de 327 accessions plantées dans quatre environnements a montré une grande variation de 19,2 à 43,8, indiquant un grand potentiel pour la poursuite de l'amélioration génétique du nombre d'ovules. L'étude d'association à l'échelle du génome (GWAS) a identifié un total de 43 marqueurs SNP significatifs. De plus, ces SNP ont été intégrés dans 18 loci d'association, qui ont été distribués sur les chromosomes A01, A03, A06, A07, A09, C01, C03, C06, C07 et C09, expliquant 4,3-11,5 % de la variance phénotypique. L'ONPO diminuait à mesure que leur ordre d'apparition sur l'inflorescence et était associé au niveau de plusieurs types de phytohormones endogènes mais non lié à la surface foliaire et au taux de photosynthèse. L'analyse transcriptomique comparative a identifié un total de 4 449 DEG enrichis en 30 classes, y compris l'ADN, l'ARN, les protéines, la signalisation, le transport, le développement, la paroi cellulaire, le métabolisme lipidique et le métabolisme secondaire. Près de la moitié des DEG étaient impliqués dans les voies connues de régulation du nombre d'ovules, dont 12 étaient homologues pour connaître les gènes de régulation du nombre d'ovules, indiquant un lien étroit entre les DEG identifiés et le nombre d'ovules. Au total, 73 DEG ont été localisés dans les régions génomiques des loci d'association, dont six ont été identifiés comme candidats sur la base d'une annotation fonctionnelle. Ces résultats fournissent des informations utiles pour l'amélioration génétique ultérieure du nombre d'ovules et de graines chez le colza.

Translated Description (Spanish)

La colza oleaginosa es uno de los cultivos oleaginosos e industriales más grandes del mundo, que proporciona a los humanos diversos productos, como aceite vegetal y biocombustibles. Los óvulos son los precursores directos de las semillas, y el número de óvulos por ovario (ONPO) determina en gran medida el número de semillas por fruto que afecta tanto al rendimiento como a la aptitud de los cultivos de semillas. La ONPO muestra una amplia variación en la colza oleaginosa, mientras que los genes y mecanismos subyacentes son poco conocidos. El presente estudio realizó los análisis genéticos, fisiológicos y transcriptómicos del número de óvulos por ovario utilizando un panel de asociación y las líneas extremas. El ONPO de 327 accesiones plantadas en cuatro ambientes mostró una gran variación de 19.2 a 43.8, lo que indica un gran potencial para la mejora genética adicional del número de óvulos. El estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) identificó un total de 43 marcadores SNP significativos. Además, estos SNP se integraron en 18 loci de asociación, que se distribuyeron en los cromosomas A01, A03, A06, A07, A09, C01, C03, C06, C07 y C09, lo que explica el 4.3-11.5% de la varianza fenotípica. El ONPO disminuyó a medida que su orden de aparición en la inflorescencia y se asoció con el nivel de varios tipos de fitohormonas endógenas, pero no se relacionó con el área de la hoja y la tasa fotosintética. El análisis transcriptómico comparativo identificó un total de 4.449 DEG enriquecidos en 30 clases, incluyendo ADN, ARN, proteínas, señalización, transporte, desarrollo, pared celular, metabolismo lipídico y metabolismo secundario. Casi la mitad de los DEG estaban involucrados en las vías conocidas en la regulación del número de óvulos, de los cuales 12 eran homólogos para conocer los genes reguladores del número de óvulos, lo que indica un fuerte vínculo entre los DEG identificados y el número de óvulos. Un total de 73 DEG se ubicaron dentro de las regiones genómicas de los loci de asociación, de los cuales seis se identificaron como candidatos en función de la anotación funcional. Estos resultados proporcionan información útil para la mejora genética adicional del número de óvulos y semillas en la colza.

Files

pdf.pdf

Files (9.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4253d879381677d5f2cf11feec3b4884
9.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التشريح الوراثي للاختلاف الطبيعي لعدد البويضات لكل مبيض في البلازما الجرثومية للبذور الزيتية (براسيكا نابوس إل.)
Translated title (French)
Dissection génétique de la variation naturelle du nombre d'ovules par ovaire dans le germoplasme du colza (Brassica napus L.)
Translated title (Spanish)
Disección genética de la variación natural del número de óvulos por ovario en el germoplasma de colza (Brassica napus L.)

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4297888414
DOI
10.3389/fpls.2022.999790

Is supplement to
https://openalex.org/W4313546333 (Other)
https://openalex.org/W4311297126 (Other)
https://openalex.org/W2927256809 (Other)
https://openalex.org/W2390522107 (Other)
https://openalex.org/W2389872789 (Other)
https://openalex.org/W2359194509 (Other)
https://openalex.org/W2351833475 (Other)
https://openalex.org/W2112619868 (Other)
https://openalex.org/W2049803400 (Other)
https://openalex.org/W1976030034 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1901766495
  • https://openalex.org/W1974964336
  • https://openalex.org/W1997602342
  • https://openalex.org/W2008642796
  • https://openalex.org/W2012408220
  • https://openalex.org/W2051979410
  • https://openalex.org/W2098489135
  • https://openalex.org/W2108477552
  • https://openalex.org/W2109800411
  • https://openalex.org/W2128211015
  • https://openalex.org/W2135616740
  • https://openalex.org/W2145650340
  • https://openalex.org/W2155526882
  • https://openalex.org/W2171611865
  • https://openalex.org/W2191791478
  • https://openalex.org/W2274629747
  • https://openalex.org/W2281080918
  • https://openalex.org/W2319904235
  • https://openalex.org/W2342376826
  • https://openalex.org/W2498526479
  • https://openalex.org/W2515302010
  • https://openalex.org/W2589108483
  • https://openalex.org/W2627021542
  • https://openalex.org/W2751363171
  • https://openalex.org/W2765842436
  • https://openalex.org/W2808729485
  • https://openalex.org/W2884582636
  • https://openalex.org/W2887306590
  • https://openalex.org/W2892182800
  • https://openalex.org/W2951356959
  • https://openalex.org/W2966697708
  • https://openalex.org/W2982593520
  • https://openalex.org/W2999131503
  • https://openalex.org/W3006999204
  • https://openalex.org/W3007222398
  • https://openalex.org/W3046491186
  • https://openalex.org/W3108479431
  • https://openalex.org/W3114601695
  • https://openalex.org/W3131332297
  • https://openalex.org/W3152978134
  • https://openalex.org/W3195027324
  • https://openalex.org/W3208179067
  • https://openalex.org/W3214602368
  • https://openalex.org/W3216131283
  • https://openalex.org/W4200250830
  • https://openalex.org/W4200550141
  • https://openalex.org/W4283077694
  • https://openalex.org/W771418551