Construção de mapa genético e mapeamento de QTL para caracteres agro-morfológicos em Ipomoea trifida, uma espécie diploide ancestral de batata-doce

Abstract

Ipomoea trifida G. Don (2n=2x=30) é considerada a ancestral silvestre mais próxima da batata- doce hexaploide [Ipomoea batatas (L.) Lam. (2n=6x=90] e seu genoma diploide é completamente sequenciado. Este estudo teve como objetivo mapear locos de herança quantitativa (QTL) em uma progênie de 210 irmãos completos de I. trifida, do cruzamento M9×M19 a partir de um mapa genético de alta densidade para a espécie baseado em polimorfismos de único nucleotídeo (SNPs) originados de genotipagem por sequenciamento (GBS). A avaliação fenotípica foi realizada para 188 progênies no Centro Internacional da Batata (CIP) em San Ramón, Peru, em 2016 e 2017, em casa-de-vegetação (delineamento em blocos completos casualizados, quatro repetições) e campo (em delineamento inteiramente casualizado, duas repetições), respectivamente. Os caracteres avaliados incluíram contorno, tipo e número de lóbulos da folha, forma do lóbulo central, número de folhas/planta medido em 12 dias, 30 dias e 58-62 dias, altura de planta medido em 11 dias e 30 dias, diâmetro dos entrenós da vinha, tamanho da folha madura, comprimento do pecíolo, número e peso fresco de raízes do tipo lápis, área foliar, pesos seco, fresco e número de raízes, pesos seco e fresco das vinhas, e superfície total de folhagem por unidade de área do solo. A análise de modelos mistos para cada experimento foi realizada no pacote R sommer v.4.1.2. Para 2016, as herdabilidades variaram de 0,37 a 0,80, e para 2017, as herdabilidades variaram de 0 a 0,43. Correlações em 2016 variaram de –0,37 a 1, e para 2017, de –0,26 a 0,97. Um mapa genético com 15 grupos de ligação e 6.410 SNPs, com comprimento total de 2440,47 cM, foi construído usando o pacote R Onemap v.3.0. Verificou-se a presença de erros de montagem nos cromossomos 2, 3 e 7. O mapeamento de QTL foi realizado usando a abordagem de mapeamento de intervalo composto para cada combinação ano-característica usando o pacote R fullsibQTL v.0.0.901. A procura de QTL foi realizada a cada 1 cM ajustando até dez cofatores por caráter. O tamanho da janela utilizado foi 20 cM, e 1.000 permutações foram realizadas para definir os limites de detecção do QTL a 5% de significância. Ao todo, 99 QTL foram encontrados com LOD score variando de 5,83 a 35,29. Espera-se que os resultados deste estudo possam auxiliar em futuros estudos de I. trifida e programas de melhoramento da batata-doce.

Palavras-chave:

SNP. Mapeamento por intervalo composto. QTL. Locos de herança quantitativa. Mapa de ligação.

Ipomoea trifida G. Don (2n=2x =30) is considered the closest wild ancestor of hexaploid sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam. (2n=6x=90], and its diploid genome is completely sequenced. This study aimed to map quantitative inheritance loci (QTL) in a 210 I. trifida M9×M19 full-sib progeny based on a high-density genetic map using single nucleotide polymorphisms (SNPs) derived from genotyping-by-sequencing (GBS). The phenotypic evaluation was carried out for 188 progenies at the International Potato Center (CIP) in San Ramón, Peru, in 2016 and 2017, under screenhouse (randomized complete block design, four replications) and field conditions (completely randomized design, two replications), respectively. The evaluated traits included leaf general outline, leaf lobes type and leaf lobe number, leaf central lobe shape, number of leaves per plant measured at 12 days, 30 days, and 58-62 days, plant height measured at 11 days, and 30 days, vine internode diameter, mature leaf size, petiole length, number and fresh weight of pencil roots, leaf area, dry and fresh weight of storage roots, and number of storage roots, dry and fresh weight of vines, and leaf area index. Mixed model analyses were carried out for each experiment using sommer v.4.1.2 R package. For 2016, the heritabilities ranged from 0.37 to 0.80, and for 2017, from 0 to 0.43. Correlations in 2016 ranged from –0.37 to 1, and for 2017, from –0.26 to 0.97. We constructed a genetic map with 15 linkage groups and 6,410 SNPs spanning 2,440.47 cM using Onemap v.3.0 R package. We verified misassemblies on chromosomes 2, 3 and 7. QTL mapping was carried out using the composite interval mapping approach for each year-trait combination separately using fullsibQTL v.0.0.901 R package. We performed QTL search every 1 cM including up to ten cofactors per trait. The window size was 20 cM, and we performed 1,000 permutations to define the LOD score thresholds at 5% significance. Altogether, we found 99 QTL with LOD scores ranging from 5.83 to 35.29. The results of this study can contribute to the advancement of genetic and genomic studies of I. trifida and for sweet potato breeding programs.

Keywords:

SNP. Composite interval mapping. QTL. Quantitative trait loci. Linkage map.