Published April 4, 2022
| Version v1
Publication
Open
Genotype-by-Environment Interaction for Quantitative Trait Loci Affecting Nitrogen Use Efficiency and Associated Traits in Potato
Creators
- 1. Wageningen University & Research
- 2. Ethiopian Institute of Agricultural Research
Description
Abstract Deciphering the genetic basis of complex traits like nitrogen use efficiency (NUE) requires understanding the genotype-by-environment (G × E) interaction and linking physiological functions and agronomic traits to DNA markers. Multi-environment experiments were conducted in different environments representing low and high nitrogen levels combined with rain-fed and irrigation production conditions at three different locations in Ethiopia: Debre-Tabor, Injibara and Koga, in 2013 and 2015. The objectives of the study were to determine the G × E interaction and stability of genotypes for NUE of potato and to identify markers associated with NUE and NUE-related agronomic and physiological traits in potato under these diverse environments. Data were analyzed using GenStat, and genotype plus the genotype and environment (GGE) biplot model; the marker-trait associations were discovered using the R-software package GWASpoly. The analysis of variance that included location and production system had estimates for genotype variance (σ 2 g) that were low compared with the estimates for environment variance (σ 2 e) and genotype-by-environment interaction variance (σ 2 ge) for most measured traits at both N levels. The GGE analysis identified two mega-environments that coincided with the two production systems. The high N level environments both at Debre-Tabor and Injibara, and the low N environment at Koga, respectively, were the most suitable environments for discriminating the potato cultivars and being representative test environments for NUE evaluation in the rain-fed mega-environment and irrigation mega-environment. A total of 77 marker trait associations were identified for NUE and NUE-related agronomic and physiological traits. Multi-trait genomic regions that harbored significant marker-trait associations for NUE and NUE-related traits were found on chromosomes III, V and VI. The effect of production season was greater than the effect of N levels on QTL × environment interaction for most NUE-related traits.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتطلب فك تشفير الأساس الجيني للسمات المعقدة مثل كفاءة استخدام النيتروجين (NUE) فهم تفاعل النمط الجيني حسب البيئة (G × E) وربط الوظائف الفسيولوجية والسمات الزراعية بعلامات الحمض النووي. أجريت تجارب متعددة البيئات في بيئات مختلفة تمثل مستويات منخفضة وعالية من النيتروجين جنبًا إلى جنب مع ظروف الإنتاج البعلية والري في ثلاثة مواقع مختلفة في إثيوبيا: ديبري تابور وإنجيبارا وكوجا، في عامي 2013 و 2015. كانت أهداف الدراسة هي تحديد تفاعل G × E واستقرار الأنماط الجينية لـ NUE للبطاطس وتحديد العلامات المرتبطة بـ NUE والسمات الزراعية والفسيولوجية المرتبطة بـ NUE في البطاطس في ظل هذه البيئات المتنوعة. تم تحليل البيانات باستخدام GenStat، والنمط الجيني بالإضافة إلى النموذج الثنائي للنمط الجيني والبيئة ؛ تم اكتشاف ارتباطات العلامة والسمات باستخدام حزمة برامج R GWASpoly. كان لتحليل التباين الذي شمل الموقع ونظام الإنتاج تقديرات لتباين النمط الجيني (σ 2 g) التي كانت منخفضة مقارنة بتقديرات التباين البيئي (σ 2 e) وتباين تفاعل النمط الجيني حسب البيئة (σ 2 ge) لمعظم السمات المقاسة على كلا المستويين N. حدد تحليل فريق الخبراء الحكوميين بيئتين ضخمتين تزامنتا مع نظامي الإنتاج. كانت البيئات عالية المستوى N في كل من Debre - Tabor و Injibara، والبيئة المنخفضة N في Koga، على التوالي، البيئات الأكثر ملاءمة لتمييز أصناف البطاطس وكونها بيئات اختبار تمثيلية لتقييم NUE في البيئة الضخمة البعلية والبيئة الضخمة للري. تم تحديد ما مجموعه 77 جمعية سمة مميزة للسمات الزراعية والفسيولوجية ذات الصلة بـ NUE و NUE. تم العثور على المناطق الجينومية متعددة السمات التي تأوي ارتباطات سمات علامة كبيرة للسمات المتعلقة بـ NUE و NUE على الكروموسومات III و V و VI. كان تأثير موسم الإنتاج أكبر من تأثير مستويات N على تفاعل بيئة QTL × لمعظم السمات المتعلقة بـ NUE.Translated Description (French)
Résumé Pour déchiffrer la base génétique de traits complexes tels que l'efficacité de l'utilisation de l'azote (nue), il faut comprendre l'interaction génotype par environnement (G × E) et relier les fonctions physiologiques et les traits agronomiques aux marqueurs ADN. Des expériences multi-environnementales ont été menées dans différents environnements représentant des niveaux d'azote faibles et élevés combinés à des conditions de production pluviales et d'irrigation à trois endroits différents en Éthiopie : Debre-Tabor, Injibara et Koga, en 2013 et 2015. Les objectifs de l'étude étaient de déterminer l'interaction G × E et la stabilité des génotypes pour les nue de la pomme de terre et d'identifier les marqueurs associés aux nue et aux traits agronomiques et physiologiques liés aux nue dans la pomme de terre dans ces divers environnements. Les données ont été analysées à l'aide de GenStat, et du génotype plus le modèle biplot génotype et environnement (GGE) ; les associations marqueur-trait ont été découvertes à l'aide du progiciel R GWASpoly. L'analyse de la variance qui comprenait le système de localisation et de production avait des estimations de la variance du génotype (σ 2 g) qui étaient faibles par rapport aux estimations de la variance de l'environnement (σ 2 e) et de la variance de l'interaction génotype par environnement (σ 2 ge) pour la plupart des traits mesurés aux deux niveaux d'azote. L'analyse GGE a identifié deux méga-environnements qui coïncidaient avec les deux systèmes de production. Les environnements à haut niveau d'azote à Debre-Tabor et à Injibara, et l'environnement à faible niveau d'azote à Koga, respectivement, étaient les environnements les plus appropriés pour discriminer les cultivars de pommes de terre et être des environnements de test représentatifs pour l'évaluation de la nue dans le méga-environnement pluvial et le méga-environnement d'irrigation. Au total, 77 associations de traits marqueurs ont été identifiées pour les traits agronomiques et physiologiques liés aux nue et aux nue. Des régions génomiques multi-traits qui hébergeaient des associations significatives de traits marqueurs pour les traits nue et liés aux nue ont été trouvées sur les chromosomes III, V et VI. L'effet de la saison de production était plus important que l'effet des niveaux d'azote sur l'interaction QTL × environnement pour la plupart des traits liés à la nue.Translated Description (Spanish)
Resumen Descifrar la base genética de rasgos complejos como la eficiencia en el uso de nitrógeno (nue) requiere comprender la interacción genotipo por entorno (G × E) y vincular las funciones fisiológicas y los rasgos agronómicos con los marcadores de ADN. Se realizaron experimentos multiambientales en diferentes entornos que representan niveles bajos y altos de nitrógeno combinados con condiciones de producción de secano y riego en tres ubicaciones diferentes en Etiopía: Debre-Tabor, Injibara y Koga, en 2013 y 2015. Los objetivos del estudio fueron determinar la interacción G × E y la estabilidad de los genotipos para la nue de la papa e identificar marcadores asociados con la nue y los rasgos agronómicos y fisiológicos relacionados con la nue en la papa en estos diversos entornos. Los datos se analizaron utilizando GenStat y el genotipo más el modelo biplot de genotipo y entorno (GGE); las asociaciones marcador-rasgo se descubrieron utilizando el paquete de software R GWASpoly. El análisis de la varianza que incluyó la ubicación y el sistema de producción tuvo estimaciones para la varianza del genotipo (σ 2 g) que fueron bajas en comparación con las estimaciones para la varianza del entorno (σ 2 e) y la varianza de la interacción genotipo por entorno (σ 2 ge) para la mayoría de los rasgos medidos en ambos niveles N. El análisis de GGE identificó dos megaentornos que coincidían con los dos sistemas de producción. Los entornos de alto nivel de N tanto en Debre-Tabor como en Injibara, y el entorno de bajo nivel de N en Koga, respectivamente, fueron los entornos más adecuados para discriminar los cultivares de papa y ser entornos de prueba representativos para la evaluación de nue en el megaambiente de secano y el megaambiente de riego. Se identificaron un total de 77 asociaciones de rasgos marcadores para la nue y los rasgos agronómicos y fisiológicos relacionados con la nue. Las regiones genómicas de múltiples rasgos que albergaban asociaciones significativas de marcadores y rasgos para la nue y los rasgos relacionados con la nue se encontraron en los cromosomas III, V y VI. El efecto de la temporada de producción fue mayor que el efecto de los niveles de N en la interacción QTL × entorno para la mayoría de los rasgos relacionados con la nue.Files
s11540-022-09548-x.pdf.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5d01e2bb07fc0ab70f3e79bbb361a428
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تفاعل النمط الجيني حسب البيئة للسمات الكمية التي تؤثر على كفاءة استخدام النيتروجين والسمات المرتبطة به في البطاطس
- Translated title (French)
- Interaction génotype par environnement pour les locus de caractères quantitatifs affectant l'efficacité de l'utilisation de l'azote et les caractères associés dans la pomme de terre
- Translated title (Spanish)
- Interacción genotipo por entorno para los loci de rasgos cuantitativos que afectan la eficiencia del uso de nitrógeno y los rasgos asociados en la papa
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4226076756
- DOI
- 10.1007/s11540-022-09548-x
References
- https://openalex.org/W1122333632
- https://openalex.org/W1573099175
- https://openalex.org/W1966974939
- https://openalex.org/W1968530769
- https://openalex.org/W1969660305
- https://openalex.org/W197246215
- https://openalex.org/W1978618055
- https://openalex.org/W1984833614
- https://openalex.org/W1984940779
- https://openalex.org/W1985847722
- https://openalex.org/W1987919566
- https://openalex.org/W1988617040
- https://openalex.org/W1989738684
- https://openalex.org/W1999416433
- https://openalex.org/W2002212667
- https://openalex.org/W2006243612
- https://openalex.org/W2007698913
- https://openalex.org/W2015715884
- https://openalex.org/W2015848751
- https://openalex.org/W2020869879
- https://openalex.org/W2021435443
- https://openalex.org/W2023251580
- https://openalex.org/W2025560344
- https://openalex.org/W2026125218
- https://openalex.org/W2027635134
- https://openalex.org/W2030443990
- https://openalex.org/W2031571006
- https://openalex.org/W2040727185
- https://openalex.org/W2048035584
- https://openalex.org/W2049720706
- https://openalex.org/W2065233655
- https://openalex.org/W2065713663
- https://openalex.org/W2066358119
- https://openalex.org/W2068830737
- https://openalex.org/W2070010089
- https://openalex.org/W2071917162
- https://openalex.org/W2072730814
- https://openalex.org/W2075169141
- https://openalex.org/W2081843593
- https://openalex.org/W2085654308
- https://openalex.org/W2094511127
- https://openalex.org/W2106946668
- https://openalex.org/W2106994874
- https://openalex.org/W2110158684
- https://openalex.org/W2112439527
- https://openalex.org/W2114185778
- https://openalex.org/W2116076478
- https://openalex.org/W2120441807
- https://openalex.org/W2122266551
- https://openalex.org/W2126989711
- https://openalex.org/W2134070988
- https://openalex.org/W2137800804
- https://openalex.org/W2145859359
- https://openalex.org/W2147614625
- https://openalex.org/W2150737701
- https://openalex.org/W2160158855
- https://openalex.org/W2165518454
- https://openalex.org/W2166598674
- https://openalex.org/W2285159821
- https://openalex.org/W2320307651
- https://openalex.org/W2412574955
- https://openalex.org/W244221738
- https://openalex.org/W2518874218
- https://openalex.org/W2520988179
- https://openalex.org/W2735125556
- https://openalex.org/W2939782518
- https://openalex.org/W2972964911
- https://openalex.org/W3009445856
- https://openalex.org/W3093893709
- https://openalex.org/W3097865549
- https://openalex.org/W3195976587
- https://openalex.org/W4200540256
- https://openalex.org/W4211069568
- https://openalex.org/W62956714