Genetic determinism of seed production in alfalfa used as living mulch

Abstract

[ES] Este estudio investiga los determinantes genéticos de la producción de semillas en la alfalfa (\textit{Medicago sativa}) utilizada como mantillo vivo, en el contexto de la transición agroecológica. Utilizando un panel diverso compuesto por una población F1 y 30 poblaciones de alfalfa, incluyendo tipos cultivados y silvestres, analizamos un total de 1,600 plantas. Cada planta fue fenotipada para siete rasgos de producción de semillas y genotipada utilizando la Secuenciación por Genotipado (GBS) para obtener frecuencias alélicas de SNP. Utilizando los datos de GBS, la estructura poblacional del panel fue analizada mediante Análisis de Componentes Principales (PCA) y evaluación de Desequilibrio de Ligamiento (LD). Las varianzas genéticas se determinaron usando el modelo REML y se utilizaron para calcular la heredabilidad en sentido amplio. Los Estudios de Asociación del Genoma Completo (GWAS) a través de un Modelo Mixto Multilocus (MLMM) se utilizaron como metodología para detectar QTLs candidatos. Se observó una estructura genética en el panel, con las poblaciones diploides distanciándose de las tetraploides. Por otro lado, se encontró que F1 presentaba una alta estructura genética. Por lo tanto, tanto las poblaciones tetraploides F1 como no F1 fueron tratadas por separado en los Estudios de Asociación. Se identificaron dieciséis marcadores genéticos asociados con rasgos de producción de semillas; la mayoría de estos marcadores estaban vinculados a genes anotados. Estos resultados, junto con la identificación de QTLs candidatos significativos, subrayan variaciones genéticas sustanciales que podrían informar estrategias de mejoramiento para desarrollar variedades de alfalfa optimizadas para su uso como mantillo vivo con alto potencial de semillas.

[EN] This study investigates the genetic determinants of seed production in alfalfa (\textit{Medicago sativa}) utilized as living mulch, in the context of agroecological transition. Utilizing a diverse panel comprising one F1 and 30 alfalfa populations, including both cultivated and wild types, we analyzed a total of 1,600 plants. Each plant was phenotyped for seven seed production traits and genotyped using Genotyping-by-Sequencing (GBS) to obtain SNP allele frequencies. Using the GBS data, the panel's population structure was analyzed through Principal Component Analysis (PCA) and Linkage Disequilibrium (LD) assessment. Genetic variances were determined using the REML model and were used to calculate broad-sense heritability. Genome-Wide Association Studies (GWAS) through a Multi-Locus Mixed Model (MLMM) were used as the methodology to detect candidate QTLs. A genetic structure was observed in the panel, with diploid populations distancing from tetraploid populations. On the other hand, F1 was found to present high genetic structure. Subsequently, both F1 and non F1 tetraploid populations were treated separately in the Association Studies. Sixteen genetic markers associated with seed production traits were identified; most of these markers were linked to annotated genes. These results, along with the identification of significant candidate QTLs, underscore substantial genetic variations that could inform breeding strategies for developing optimized alfalfa varieties for use as living mulch with high seed potential.