Published August 11, 2023
| Version v1
Publication
Open
Genome size, genetic diversity, and phenotypic variability imply the effect of genetic variation instead of ploidy on trait plasticity in the cross-pollinated tree species of mulberry
Creators
- 1. Central Sericultural Research and Training Institute
- 2. Central Sericultural Germplasm Resources Centre
- 3. National Agri-Food Biotechnology Institute
Description
Elucidation of genome size (GS), genetic and phenotypic variation is the fundamental aspect of crop improvement programs. Mulberry is a cross-pollinated, highly heterozygous tree eudicot, and comprised of huge ploidy variation with great adaptability across the world. However, because of inadequate information on GS, ploidy-associated traits, as well as the correlation between genetic and phenotypic variation hinder the further improvement of mulberry. In this present research, a core set of 157 germplasm accessions belonging to eight accepted species of Morus including promising functional varieties were chosen to represent the genetic spectrum from the whole germplasm collection. To estimate the GS, accessions were subjected to flow cytometry (FCM) analysis and the result suggested that four different ploidies (2n = 2x, 3x, 4x, and 6x) with GS ranging from 0.72±0.005pg (S-30) to 2.89±0.015pg ( M . serrata ), accounting~4.01 fold difference. The predicted polyploidy was further confirmed with metaphase chromosome count. In addition, the genetic variation was estimated by selecting a representative morphologically, diverse population of 82 accessions comprised of all ploidy variations using simple sequence repeats (SSR). The estimated average Polymorphism Information Content (PIC) and expected heterozygosity showed high levels of genetic diversity. Additionally, three populations were identified by the model-based population structure (k = 3) with a moderate level of correlation between the populations and different species of mulberry, which imply the effect of genetic variation instead of ploidy on trait plasticity that could be a consequence of the high level of heterozygosity imposed by natural cross-pollination. Further, the correlation between ploidies, especially diploid and triploid with selected phenotypic traits was identified, however, consistency could not be defined with higher ploidy levels (>3x). Moreover, incite gained here can serve as a platform for future omics approaches to the improvement of mulberry traits.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
توضيح حجم الجينوم (GS) والتنوع الوراثي والظاهري هو الجانب الأساسي لبرامج تحسين المحاصيل. التوت هو شجرة يوديكوت متشابهة التلقيح ومتباينة الزيجوت للغاية، وتتألف من تباين ضخم في الصبغيات مع قدرة كبيرة على التكيف في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، بسبب عدم كفاية المعلومات حول GS، فإن الصفات المرتبطة بالصبغية، وكذلك العلاقة بين التباين الوراثي والظاهري تعيق زيادة تحسين التوت. في هذا البحث، تم اختيار مجموعة أساسية من 157 انضمامًا للجراثيم تنتمي إلى ثمانية أنواع مقبولة من موروس بما في ذلك الأصناف الوظيفية الواعدة لتمثيل الطيف الجيني من مجموعة الجراثيم بأكملها. لتقدير GS، تم إخضاع المنضمات لتحليل قياس التدفق الخلوي (FCM) واقترحت النتيجة أن أربعة صفائح مختلفة (2n = 2x، 3x، 4x، و 6x) مع GS تتراوح من 0.72± 0.005pg (S -30) إلى 2.89± 0.015pg ( M . serrata )، تمثل فرق ~ 4.01 أضعاف. تم تأكيد تعدد الصيغ الصبغية المتوقع بشكل أكبر مع عدد كروموسومات الطور الاستوائي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقدير التباين الجيني عن طريق اختيار مجموعة تمثيلية متنوعة من الناحية الشكلية مكونة من 82 مشاركة تتكون من جميع الاختلافات الصبغية باستخدام تكرارات تسلسل بسيطة (SSR). أظهر المتوسط المقدر لمحتوى معلومات تعدد الأشكال (PIC) وتباين الزيجوت المتوقع مستويات عالية من التنوع الجيني. بالإضافة إلى ذلك، تم تحديد ثلاثة تجمعات من خلال الهيكل السكاني القائم على النموذج (k = 3) بمستوى معتدل من الارتباط بين التجمعات والأنواع المختلفة من التوت، مما يعني تأثير الاختلاف الجيني بدلاً من الصبغة على مرونة السمات التي يمكن أن تكون نتيجة للمستوى العالي من تغاير الزيجوت الذي يفرضه التلقيح الطبيعي. علاوة على ذلك، تم تحديد العلاقة بين الصبغيات، وخاصة ثنائية الصبغيات وثلاثية الصبغيات مع السمات الظاهرية المختارة، ومع ذلك، لا يمكن تحديد الاتساق مع مستويات الصبغيات الأعلى (>3x). علاوة على ذلك، يمكن أن يكون التحريض المكتسب هنا بمثابة منصة لمناهج omics المستقبلية لتحسين سمات التوت.Translated Description (French)
L'élucidation de la taille du génome (GS), de la variation génétique et phénotypique est l'aspect fondamental des programmes d'amélioration des cultures. Le mûrier est un eudicot d'arbre à pollinisation croisée, hautement hétérozygote, et composé d'une énorme variation de ploïdie avec une grande adaptabilité à travers le monde. Cependant, en raison d'informations insuffisantes sur la GS, les traits associés à la ploïdie, ainsi que la corrélation entre la variation génétique et phénotypique entravent la poursuite de l'amélioration du mûrier. Dans cette recherche, un ensemble de base de 157 accessions de germoplasme appartenant à huit espèces acceptées de Morus, y compris des variétés fonctionnelles prometteuses, a été choisi pour représenter le spectre génétique de l'ensemble de la collection de germoplasme. Pour estimer la GS, les accessions ont été soumises à une analyse par cytométrie de flux (FCM) et le résultat a suggéré que quatre ploïdies différentes (2n = 2x, 3x, 4x et 6x) avec une GS allant de 0,72± 0,005pg (S-30) à 2,89± 0,015pg ( M . serrata ), soit environ 4,01 fois la différence. La polyploïdie prédite a été confirmée par le nombre de chromosomes en métaphase. De plus, la variation génétique a été estimée en sélectionnant une population représentative morphologiquement diversifiée de 82 accessions comprenant toutes les variations de ploïdie à l'aide de répétitions de séquences simples (SSR). Le contenu estimatif moyen en informations sur le polymorphisme (CIP) et l'hétérozygotie attendue ont montré des niveaux élevés de diversité génétique. De plus, trois populations ont été identifiées par la structure de population basée sur le modèle (k = 3) avec un niveau modéré de corrélation entre les populations et les différentes espèces de mûriers, ce qui implique l'effet de la variation génétique au lieu de la ploïdie sur la plasticité des traits qui pourrait être une conséquence du niveau élevé d'hétérozygotie imposé par la pollinisation croisée naturelle. De plus, la corrélation entre les ploïdies, en particulier diploïdes et triploïdes avec des traits phénotypiques sélectionnés a été identifiée, cependant, la cohérence n'a pas pu être définie avec des niveaux de ploïdie plus élevés (>3x). De plus, l'incitation acquise ici peut servir de plate-forme pour les futures approches omiques de l'amélioration des traits du mûrier.Translated Description (Spanish)
La elucidación del tamaño del genoma (GS), la variación genética y fenotípica es el aspecto fundamental de los programas de mejora de cultivos. La morera es un eudicot de árbol altamente heterocigoto de polinización cruzada, compuesto por una gran variación de ploidía con gran adaptabilidad en todo el mundo. Sin embargo, debido a la información inadecuada sobre GS, los rasgos asociados a la ploidía, así como la correlación entre la variación genética y fenotípica, dificultan la mejora adicional de la morera. En esta presente investigación, se eligió un conjunto básico de 157 accesiones de germoplasma pertenecientes a ocho especies aceptadas de Morus, incluidas variedades funcionales prometedoras, para representar el espectro genético de toda la colección de germoplasma. Para estimar el GS, los accesos se sometieron a análisis de citometría de flujo (FCM) y el resultado sugirió que cuatro ploidías diferentes (2n = 2x, 3x, 4x y 6x) con un GS que varía de 0.72± 0.005pg (S-30) a 2.89± 0.015pg ( M. serrata ), con una diferencia de ~ 4.01 veces. La poliploidía predicha se confirmó adicionalmente con el recuento de cromosomas en metafase. Además, la variación genética se estimó seleccionando una población representativa morfológicamente diversa de 82 accesiones compuesta por todas las variaciones de ploidía utilizando repeticiones de secuencia simples (SSR). El promedio estimado del Contenido de Información de Polimorfismo (PIC) y la heterocigosidad esperada mostraron altos niveles de diversidad genética. Adicionalmente, se identificaron tres poblaciones por la estructura poblacional basada en modelos (k = 3) con un nivel moderado de correlación entre las poblaciones y las diferentes especies de morera, lo que implica el efecto de la variación genética en lugar de la ploidía sobre la plasticidad del rasgo que podría ser consecuencia del alto nivel de heterocigosidad impuesto por la polinización cruzada natural. Además, se identificó la correlación entre ploidías, especialmente diploide y triploide con rasgos fenotípicos seleccionados, sin embargo, la consistencia no se pudo definir con niveles de ploidía más altos (>3x). Además, incite ganado aquí puede servir como una plataforma para futuros enfoques ómicos para la mejora de los rasgos de la morera.Files
journal.pone.0289766&type=printable.pdf
Files
(2.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e5aaebc4a45bf51e47bfa99426d40890
|
2.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يشير حجم الجينوم والتنوع الوراثي والتنوع الظاهري إلى تأثير التباين الوراثي بدلاً من الصبغية على مرونة السمة في أنواع الأشجار الملقحة من التوت
- Translated title (French)
- La taille du génome, la diversité génétique et la variabilité phénotypique impliquent l'effet de la variation génétique au lieu de la ploïdie sur la plasticité des traits chez les espèces d'arbres à pollinisation croisée du mûrier
- Translated title (Spanish)
- El tamaño del genoma, la diversidad genética y la variabilidad fenotípica implican el efecto de la variación genética en lugar de la ploidía en la plasticidad del rasgo en las especies de árboles de morera de polinización cruzada
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4385754721
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0289766
References
- https://openalex.org/W1411064714
- https://openalex.org/W1617495083
- https://openalex.org/W1808159089
- https://openalex.org/W1932181534
- https://openalex.org/W1964583015
- https://openalex.org/W1977341878
- https://openalex.org/W1984369452
- https://openalex.org/W1995087547
- https://openalex.org/W1996700609
- https://openalex.org/W2000123655
- https://openalex.org/W2006344313
- https://openalex.org/W2010032067
- https://openalex.org/W2010718204
- https://openalex.org/W2013797749
- https://openalex.org/W2027631788
- https://openalex.org/W2035839217
- https://openalex.org/W2045132480
- https://openalex.org/W2062721398
- https://openalex.org/W2068581752
- https://openalex.org/W2069803174
- https://openalex.org/W2079581835
- https://openalex.org/W2086047383
- https://openalex.org/W2089613739
- https://openalex.org/W2098126593
- https://openalex.org/W2106431976
- https://openalex.org/W2107473082
- https://openalex.org/W2115030445
- https://openalex.org/W2116623650
- https://openalex.org/W2127396309
- https://openalex.org/W2127419260
- https://openalex.org/W2131841148
- https://openalex.org/W2136498538
- https://openalex.org/W2137081332
- https://openalex.org/W2151515399
- https://openalex.org/W2161339576
- https://openalex.org/W2170395601
- https://openalex.org/W2170806459
- https://openalex.org/W2178913297
- https://openalex.org/W2291355489
- https://openalex.org/W2418447146
- https://openalex.org/W2527168672
- https://openalex.org/W2765255414
- https://openalex.org/W2792087813
- https://openalex.org/W2792579874
- https://openalex.org/W2797655241
- https://openalex.org/W2896849689
- https://openalex.org/W2905961327
- https://openalex.org/W2922024724
- https://openalex.org/W2944424440
- https://openalex.org/W2947282588
- https://openalex.org/W2981180586
- https://openalex.org/W3025211572
- https://openalex.org/W3039222243
- https://openalex.org/W3092699015
- https://openalex.org/W3107733290
- https://openalex.org/W3122540149
- https://openalex.org/W3149199227
- https://openalex.org/W3181419069
- https://openalex.org/W4206197909
- https://openalex.org/W4206906194
- https://openalex.org/W4210245068
- https://openalex.org/W4213334422
- https://openalex.org/W4220957128
- https://openalex.org/W4221035235
- https://openalex.org/W4236700646
- https://openalex.org/W4242488157
- https://openalex.org/W4289315833
- https://openalex.org/W4312294072
- https://openalex.org/W4318542368
- https://openalex.org/W4319790365