Identificación de SNPs asociados a tolerancia a sequía por GWAS en tomate tradicional europeo

Abstract

[ES] El agua es uno de los factores más importantes para el desarrollo de las plantas, por lo que su carencia constituye una de las principales fuentes de estrés. Las plantas, incluyendo el tomate (Solanum Lycopersicum) han desarrollado diferentes estrategias que les permiten adaptarse o tolerar el estrés por déficit hídrico. Estas respuestas incluyen modificaciones en el crecimiento, el desarrollo, cierre de estomas y cambios en la expresión de genes, incluyendo los que codifican proteínas protectoras, enzimas clave en la vía de síntesis de osmolitos, enzimas antioxidantes y factores de transcripción que regulan la expresión de genes inducida por el estrés. En el marco del proyecto TRADITOM financiado por la Unión Europea dentro del programa H2020 se ha caracterizado exhaustivamente a nivel genotípico y fenotípico una colección de más de 1700 variedades tradicionales de tomate europeo. Las variedades tradicionales se caracterizan por estar seleccionadas por su adaptación las condiciones ambientales locales. Como resultado algunas variedades han desarrollado mecanismos para crecer en condiciones suboptimas. La Cuenca Mediterranea, considerada el segundo centro de diversificación del tomate, es un repositorio de variedades tradicionales de tomate adaptadas a crecer en las condiciones de calor y aridez que se dan durante el verano (FULLANA-PERICÀS 2017). En el caso de las variedades tradicionales europeas de larga vida tales como Penjar , Da Serbo , Ramallet , Piennolo , o D appendere , el cultivo se ha realizado históricamente en condiciones de restricción de agua Utilizando la variabilidad disponible en la colección de TRADITOM el objetivo de este trabajo es identificar regiones genómicas que contribuyen a la tolerancia a estrés hídrico en tomate de larga vida mediante GWAS. Para ello

- Se pondrá a punto un sistema de cultivo hidropónico con polietilenglicol (PEG) para posteriormente hacer un screening de tolerancia/sensibilidad a estrés hídrico en una colección representativa de la diversidad fenotípica y genotípica de los tipos ramellet, penjar, da appendere, da serbo, peinnolo, inverale El efecto del éstrés por sequía se verificará mediante fenotipado y RT-PCR de genes previamente descritos como marcadores de sequía. - Los datos de fenotipado obtenidos en el apartado anterior, juntamente con los datos de genotipado generados en el marco del proyecto TRADITOM se analizará mediante técnicas de asociación genética GWAS (Genome-Wide Association). - Las asociaciones se verificarán por medio de la generación poblaciones de F1 y F2 de LSL x monymaker y test de progenie y mediante análisis eQTLseq en variedades con comportamiento extremo.

[EN] Drought stress is one of the stresses that most affects the development of plants. Given the possible (and expected) variability and unpredictable rainfall patterns in the near future, it is especially important to look for sources of drought tolerance in the available germplasm for improvement programs. Traditional varieties are a rich and important source of genetic resources since the selection and adaptation by farmers to local edaphoclimatic conditions, the seasonality of rainfall (scarce in summer) and rudimentary agricultural practices resulted in a large amount of local varieties. This work has used 222 accessions of the nuclear collection of the TRADITOM project to track drought tolerant plants and identify regions in the genome that can be used in breeding programs to increase drought tolerance. For this, the stomatal conductance (gs) and the accumulation of proline in plants grown in hydroponic culture where water stress was simulated with polyethylene glycol was measured. The analyzes indicated different behavior patterns depending on stomatal conductance and proline accumulation. In addition, they indicated that stomatal conductance is influenced by the margin of the leaf while the proline content affected by the country of origin of the material and the altitude at which they have traditionally been cultivated. Using sequencing genotyping data (GBS) generated in the TRADITOM project, we performed a complete genome association (GWAS) for the gs and proline traits. 18 SNPs were found with a significant association, 15 for proline and 3 for gs. In total, 15 candidate genes were identified, including transporters, especially those of potassium, genes associated with photosynthesis, signaling elements and genes related to root development. These findings contribute to the large-scale characterization of genes that control traits based on water stress and are also the basis for future work on tomato improvement under limited water resources conditions.

[CA] L'estrès per sequera és un dels estressos que més afecta el desenvolupament de les plantes. Donada la variabilitat possible (i prevista) i els patrons impredictibles de precipitacions en el futur proper és d'especial importància cercar en el germoplasma disponible fonts de tolerància a sequera per als programes de millora. Les varietats tradicionals són una font rica i important de recursos genètics ja que la selecció i adaptació per part dels agricultors a les condicions edafoclimàtiques locals, l'estacionalitat de la pluja (escassa a l'estiu) i les pràctiques agrícoles rudimentàries van donar com a resultat una gran quantitat de varietats locals. Aquest treball s'ha utilitzat 222 accessions de la col·lecció nuclear d'el projecte TRADITOM per fer un rastreig de plantes tolerants a la sequera i identificar regions en el genoma que puguin ser utilitzades en programes de millora per augmentar la tolerància a la sequera. Per a això, es va mesurar la conductància estomàtica (gs) i l'acumulació de prolina en plantes crescudes en cultiu hidropònic on es va simular l'estrès hídric amb polietilenglicol. Les anàlisis van indicar diferents patrons de comportament en funció de la conductància estomàtica i acumulació de prolina. A més, han indicat que la conductància estomàtica està influenciada pel marge del full mentre que el contingut de prolina afectada pel país d'origen de l'material i l'altitud a la qual tradicionalment s'han cultivat. Utilitzant dades de genotipat per seqüenciació (GBS) generats en el projecte TRADITOM, realitzem un d'associació de genoma complet (GWAS) per als trets de gs i prolina. Es van trobar 18 SNPs amb una associació significativa, 15 per prolina i 3 per gs. En total es van identificar 15 gens candidats entre els quals destaquen els transportadors, especialment els de potassi, gens associats a la fotosíntesi, elements senyalitzadors i gens relacionats amb el desenvolupament d'arrels. Aquestes troballes contribueixen a la caracterització a gran escala de gens que controlen trets en funció de l'estrès hídric i també són base per a futurs treballs en la millora de tomàquet en condicions limitades de recursos hídrics