Published November 12, 2020
| Version v1
Publication
Open
Genome-Wide Association Study for Biomass Related Traits in a Panel of Sorghum bicolor and S. bicolor × S. halepense Populations
Creators
- 1. Atatürk University
- 2. Sivas State Hospital
- 3. University of Science and Technology
Description
The efficient use of sorghum as a renewable energy source requires high biomass yields and reduced agricultural inputs. Hybridization of Sorghum bicolor with wild Sorghum halepense can help meet both requirements, generating high-yielding and environment friendly perennial sorghum cultivars. Selection efficiency, however, needs to be improved to exploit the genetic potential of the derived recombinant lines and remove weedy and other wild traits. In this work, we present the results from a Genome-Wide Association Study conducted on a diversity panel made up of S. bicolor and an advanced population derived from S. bicolor × S. halepense multi-parent crosses. The objective was to identify genetic loci controlling biomass yield and biomass-relevant traits for breeding purposes. Plants were phenotyped during four consecutive years for dry biomass yield, dry mass fraction of fresh material, plant height and plant maturity. A genotyping-by-sequencing approach was implemented to obtain 92,383 high quality SNP markers used in this work. Significant marker-trait associations were uncovered across eight of the ten sorghum chromosomes, with two main hotspots near the end of chromosomes 7 and 9, in proximity of dwarfing genes Dw1 and Dw3. No significant marker was found on chromosomes 2 and 4. A large number of significant marker loci associated with biomass yield and biomass-relevant traits showed minor effects on respective plant characteristics, with the exception of seven loci on chromosomes 3, 8, and 9 that explained 5.2-7.8% of phenotypic variability in dry mass yield, dry mass fraction of fresh material, and maturity, and a major effect (R2 = 16.2%) locus on chromosome 1 for dry mass fraction of fresh material which co-localized with a zinc-finger homeodomain protein possibly involved in the expression of the D (Dry stalk) locus. These markers and marker haplotypes identified in this work are expected to boost marker-assisted selection in sorghum breeding.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يتطلب الاستخدام الفعال للذرة الرفيعة كمصدر للطاقة المتجددة غلات عالية من الكتلة الحيوية ومدخلات زراعية مخفضة. يمكن أن يساعد تهجين لون الذرة الرفيعة الثنائي مع هالبنس الذرة الرفيعة البرية في تلبية كلا المطلبين، مما يولد أصناف الذرة الرفيعة المعمرة عالية الغلة وصديقة للبيئة. ومع ذلك، يجب تحسين كفاءة الاختيار لاستغلال الإمكانات الوراثية للخطوط المؤتلفة المشتقة وإزالة الأعشاب الضارة والسمات البرية الأخرى. في هذا العمل، نقدم نتائج دراسة جمعية على مستوى الجينوم أجريت على لوحة تنوع مكونة من S. bicolor ومجموعة متقدمة مشتقة من S. bicolor × S. halepense صلبان متعددة الوالدين. كان الهدف هو تحديد المواقع الجينية التي تتحكم في إنتاجية الكتلة الحيوية والسمات ذات الصلة بالكتلة الحيوية لأغراض التكاثر. تم وضع نمط ظاهري للنباتات خلال أربع سنوات متتالية لإنتاج الكتلة الحيوية الجافة، وجزء الكتلة الجافة من المواد الطازجة، وارتفاع النبات ونضجه. تم تنفيذ نهج التنميط الجيني حسب التسلسل للحصول على 92,383 علامة SNP عالية الجودة المستخدمة في هذا العمل. تم الكشف عن ارتباطات كبيرة بين العلامات والسمات عبر ثمانية من الكروموسومات العشرة للذرة الرفيعة، مع وجود نقطتين ساخنتين رئيسيتين بالقرب من نهاية الكروموسومات 7 و 9، على مقربة من الجينات القزمة Dw1 و Dw3. لم يتم العثور على علامة مهمة على الكروموسومات 2 و 4. أظهر عدد كبير من مواضع العلامات المهمة المرتبطة بمحصول الكتلة الحيوية والسمات المتعلقة بالكتلة الحيوية تأثيرات طفيفة على خصائص النبات المعنية، باستثناء سبعة مواضع على الكروموسومات 3 و 8 و 9 التي أوضحت 5.2-7.8 ٪ من التباين الظاهري في محصول الكتلة الجافة، وجزء الكتلة الجافة من المواد الطازجة، والنضج، وتأثير كبير (R2 = 16.2 ٪) على الكروموسوم 1 لجزء الكتلة الجافة من المواد الطازجة التي تشترك في تحديد موقعها مع بروتين متجانس إصبع الزنك ربما يشارك في التعبير عن موضع D (الساق الجافة). من المتوقع أن تعزز هذه العلامات والأنماط الفردية المحددة في هذا العمل الاختيار بمساعدة العلامات في تربية الذرة الرفيعة.Translated Description (French)
L'utilisation efficace du sorgho en tant que source d'énergie renouvelable nécessite des rendements élevés en biomasse et des intrants agricoles réduits. L'hybridation du sorgho bicolore avec le sorgho sauvage peut aider à répondre à ces deux exigences, en générant des cultivars de sorgho vivaces à haut rendement et respectueux de l'environnement. L'efficacité de la sélection, cependant, doit être améliorée pour exploiter le potentiel génétique des lignées recombinantes dérivées et éliminer les mauvaises herbes et autres caractères sauvages. Dans ce travail, nous présentons les résultats d'une étude d'association à l'échelle du génome menée sur un panel de diversité composé de S. bicolor et d'une population avancée dérivée de croisements multiparentaux S. bicolor × S. halepense. L'objectif était d'identifier les loci génétiques contrôlant le rendement de la biomasse et les caractères pertinents pour la biomasse à des fins de reproduction. Les plantes ont été phénotypées pendant quatre années consécutives pour le rendement en biomasse sèche, la fraction de masse sèche de matière fraîche, la hauteur de la plante et la maturité de la plante. Une approche de génotypage par séquençage a été mise en œuvre pour obtenir 92 383 marqueurs SNP de haute qualité utilisés dans ce travail. Des associations significatives marqueur-trait ont été découvertes sur huit des dix chromosomes du sorgho, avec deux points chauds principaux près de l'extrémité des chromosomes 7 et 9, à proximité des gènes nains Dw1 et Dw3. Aucun marqueur significatif n'a été trouvé sur les chromosomes 2 et 4. Un grand nombre de locus marqueurs significatifs associés au rendement de la biomasse et aux traits pertinents pour la biomasse ont montré des effets mineurs sur les caractéristiques respectives des plantes, à l'exception de sept locus sur les chromosomes 3, 8 et 9 qui expliquaient 5,2 à 7,8 % de variabilité phénotypique dans le rendement en masse sèche, la fraction en masse sèche de matière fraîche et la maturité, et un effet majeur (R2 = 16,2 %) sur le locus du chromosome 1 pour la fraction en masse sèche de matière fraîche qui s'est co-localisée avec une protéine homéodomaine à doigt de zinc éventuellement impliquée dans l'expression du locus D (tige sèche). Ces marqueurs et haplotypes de marqueurs identifiés dans ce travail devraient stimuler la sélection assistée par marqueurs dans l'élevage du sorgho.Translated Description (Spanish)
El uso eficiente del sorgo como fuente de energía renovable requiere altos rendimientos de biomasa y menores insumos agrícolas. La hibridación de Sorghum bicolor con Sorghum halepense silvestre puede ayudar a cumplir ambos requisitos, generando cultivares de sorgo perenne de alto rendimiento y respetuosos con el medio ambiente. Sin embargo, es necesario mejorar la eficiencia de la selección para explotar el potencial genético de las líneas recombinantes derivadas y eliminar las malas hierbas y otros rasgos silvestres. En este trabajo, presentamos los resultados de un estudio de asociación de todo el genoma realizado en un panel de diversidad compuesto por S. bicolor y una población avanzada derivada de cruces multiparentales de S. bicolor × S. halepense. El objetivo era identificar los loci genéticos que controlan el rendimiento de la biomasa y los rasgos relevantes para la biomasa con fines de reproducción. Las plantas se fenotiparon durante cuatro años consecutivos para determinar el rendimiento de biomasa seca, la fracción de masa seca de material fresco, la altura de la planta y la madurez de la planta. Se implementó un enfoque de genotipado por secuenciación para obtener 92,383 marcadores SNP de alta calidad utilizados en este trabajo. Se descubrieron asociaciones significativas marcador-rasgo en ocho de los diez cromosomas del sorgo, con dos puntos calientes principales cerca del final de los cromosomas 7 y 9, cerca de los genes de enanismo Dw1 y Dw3. No se encontró ningún marcador significativo en los cromosomas 2 y 4. Un gran número de loci marcadores significativos asociados con el rendimiento de biomasa y los rasgos relevantes para la biomasa mostraron efectos menores en las características respectivas de la planta, con la excepción de siete loci en los cromosomas 3, 8 y 9 que explicaron 5.2-7.8% de variabilidad fenotípica en el rendimiento de masa seca, fracción de masa seca de material fresco y madurez, y un locus de efecto principal (R2 = 16.2%) en el cromosoma 1 para la fracción de masa seca de material fresco que se localizó conjuntamente con una proteína de homeodominio de dedo de zinc posiblemente involucrada en la expresión del locus D (tallo seco). Se espera que estos marcadores y haplotipos de marcadores identificados en este trabajo impulsen la selección asistida por marcadores en el cultivo de sorgo.Files
pdf.pdf
Files
(4.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7de8fbd244a82d2018834c294dcd6b4e
|
4.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دراسة رابطة الجينوم على نطاق واسع للسمات المتعلقة بالكتلة الحيوية في لوحة من الذرة البيضاء ثنائية اللون و S. bicolor × S. halepense السكان
- Translated title (French)
- Étude d'association à l'échelle du génome pour les caractères liés à la biomasse dans un panel de populations de Sorghum bicolor et de S. bicolor × S. halepense
- Translated title (Spanish)
- Estudio de asociación de todo el genoma para rasgos relacionados con la biomasa en un panel de poblaciones de sorgo bicolor y S. bicolor × S. halepense
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3105815430
- DOI
- 10.3389/fpls.2020.551305
References
- https://openalex.org/W83594858
- https://openalex.org/W938665689
- https://openalex.org/W1958243038
- https://openalex.org/W1965880699
- https://openalex.org/W1966094632
- https://openalex.org/W1971050677
- https://openalex.org/W1972421236
- https://openalex.org/W1981123025
- https://openalex.org/W1983043734
- https://openalex.org/W1985823115
- https://openalex.org/W1992298435
- https://openalex.org/W1994676548
- https://openalex.org/W1995031598
- https://openalex.org/W2003792536
- https://openalex.org/W2003799449
- https://openalex.org/W2008763663
- https://openalex.org/W2022685385
- https://openalex.org/W2033199354
- https://openalex.org/W2049270048
- https://openalex.org/W2050685506
- https://openalex.org/W2061556726
- https://openalex.org/W2067715889
- https://openalex.org/W2077448118
- https://openalex.org/W2083967026
- https://openalex.org/W2092185361
- https://openalex.org/W2092862495
- https://openalex.org/W2093346367
- https://openalex.org/W2098497323
- https://openalex.org/W2108240161
- https://openalex.org/W2113580030
- https://openalex.org/W2129458619
- https://openalex.org/W2132782853
- https://openalex.org/W2136732559
- https://openalex.org/W2138163895
- https://openalex.org/W2141292707
- https://openalex.org/W2149992227
- https://openalex.org/W2154304899
- https://openalex.org/W2154868446
- https://openalex.org/W2169861297
- https://openalex.org/W2182686331
- https://openalex.org/W2182827008
- https://openalex.org/W2189268033
- https://openalex.org/W2205505917
- https://openalex.org/W2207744665
- https://openalex.org/W2252512272
- https://openalex.org/W2286085190
- https://openalex.org/W2295736736
- https://openalex.org/W2313931749
- https://openalex.org/W2474815622
- https://openalex.org/W2488681145
- https://openalex.org/W2516959504
- https://openalex.org/W2519201472
- https://openalex.org/W2578632468
- https://openalex.org/W2588327443
- https://openalex.org/W2594006000
- https://openalex.org/W2769626690
- https://openalex.org/W2773068211
- https://openalex.org/W2784316339
- https://openalex.org/W2797936724
- https://openalex.org/W2834232225
- https://openalex.org/W2883937763
- https://openalex.org/W2892364685
- https://openalex.org/W2895469682
- https://openalex.org/W2897069170
- https://openalex.org/W2902182650
- https://openalex.org/W2909524874
- https://openalex.org/W2913977798
- https://openalex.org/W2920663760
- https://openalex.org/W2949439482
- https://openalex.org/W2949576961
- https://openalex.org/W2952113787
- https://openalex.org/W2952431387
- https://openalex.org/W2953380456
- https://openalex.org/W2963984295
- https://openalex.org/W2993256915
- https://openalex.org/W2997597560
- https://openalex.org/W2998568814
- https://openalex.org/W3001572338
- https://openalex.org/W3002981320
- https://openalex.org/W3021352744
- https://openalex.org/W4211168022