Évaluation de la diversité génétique et du développement de marqueurs SNP dans le matériel génétique d'arachide à Taiwan par RAD

Jul 09, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14495 (2022) Citer cet article

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L'arachide cultivée (Arachis hypogaea L.) est une culture oléagineuse importante mais présente une diversité génétique étroite. Les marqueurs moléculaires peuvent être utilisés pour sonder la diversité génétique de divers germoplasmes. Dans cette étude, l’approche ADN associé au site de restriction (RAD) a été utilisée pour séquencer 31 accessions de matériel génétique d’arachide taïwanais, conduisant à l’identification d’un total de 17 610 polymorphismes mononucléotidiques (SNP). Lorsque nous avons regroupé ces 31 accessions en deux sous-ensembles selon leur origine, nous avons constaté que le sous-ensemble « global » (n = 17) était plus diversifié génétiquement que le sous-ensemble « local » (n = 14). Concernant les variétés botaniques, la var. fastigiata avait une plus grande diversité génétique que les deux autres sous-ensembles de var. vulgaris et var. hypogaea, ce qui suggère que de nouvelles ressources génétiques devraient être introduites dans les programmes de sélection afin d'améliorer la diversité génétique. L'analyse en composantes principales (ACP) des données de génotypage a séparé les 31 accessions en trois groupes en grande partie en fonction des variétés botaniques, ce qui est cohérent avec le résultat de l'ACP pour 282 accessions génotypées par 14 marqueurs PCR spécifiques d'allèles compétitifs (KASP) développés dans cette étude. Les marqueurs SNP identifiés dans ce travail ont non seulement révélé la relation génétique et la structure de la population du matériel génétique actuel à Taiwan, mais offrent également un outil efficace pour la sélection et d'autres applications génétiques.

Originaire d’Amérique du Sud, l’arachide cultivée (Arachis hypogaea L.) est une allotétraploïde (AABB, 2n = 4x = 40) et une légumineuse importante dans le monde. Les humains bénéficient des graines d’arachide comme aliment et comme source d’huile en raison de leur pourcentage élevé de protéines et d’acides gras1. La production annuelle d'arachides a augmenté au cours des 20 dernières années pour atteindre 53 millions de tonnes en 2020 selon FAOSTAT (http://www.fao.org/faostat). Pour répondre à la demande croissante d’arachide sous la menace du changement climatique, la sélection de nouvelles variétés constitue une stratégie efficace pour améliorer les caractéristiques qualitatives et quantitatives de l’arachide.

La conservation du matériel génétique d'Arachis et l'exploitation de sa diversité génétique sont cruciales pour la sélection de l'arachide cultivée. Actuellement, plusieurs banques de gènes sont réputées pour leur matériel génétique d'Arachis, notamment l'Institut international de recherche sur les cultures des tropiques semi-arides (ICRISAT), le Département de l'agriculture des États-Unis (USDA) et l'Institut de recherche sur les cultures oléagineuses de l'Académie chinoise des sciences agricoles ( OCRI-CAAS). Plus de 15 000, 9 000 et 8 000 accessions ont été collectées respectivement dans l'ICRISAT, l'USDA et l'OCRI-CAAS2. D’un autre côté, comprendre la diversité génétique du matériel génétique en main est une condition préalable avant de lancer des programmes de sélection, et l’utilisation de marqueurs moléculaires est actuellement la stratégie prédominante pour évaluer la diversité génétique du matériel génétique3. L'arachide cultivée a sa faible diversité génétique en raison de l'hybridation récente de ses deux ancêtres et de la sélection dans les programmes de sélection4,5,6,7. Même si la diversité génétique étroite des arachides cultivées a entravé le développement de marqueurs moléculaires, il a été possible de développer et d'utiliser des marqueurs de répétition de séquence simple (SSR) pour évaluer la diversité génétique de l'arachide cultivée8,9,10,11. En particulier, les structures de population de 92 accessions de la Peanut Mini Core Collection des États-Unis et de 196 cultivars majeurs d’arachide en Chine ont été révélées par les marqueurs SSR12,13. Bien que les marqueurs SSR aient été largement utilisés pour identifier la diversité génétique des populations d’arachides, ces études avaient une taille de population limitée en raison du processus de génotypage difficile.

Récemment, les projets sur le génome de l’arachide rendus possibles grâce au séquençage de nouvelle génération (NGS) ont révolutionné la recherche génétique sur les arachides cultivées. Jusqu'à présent, les génomes d'Arachis hypogaea L. et de ses deux ancêtres diploïdes, A. duranensis (AA) et A. ipaensis (BB), ont été séquencés6,7,14. Ces séquences génomiques de haute qualité ont ouvert la voie au développement de marqueurs de polymorphisme mononucléotidique (SNP) à haut débit, par exemple via le génotypage par séquençage (GBS), qui peuvent ensuite faciliter la sélection moléculaire de l'arachide. Le réseau de 58 K SNP 'Axiom_Arachis', développé en reséquençant 41 accessions d'arachide, a été utilisé pour identifier la diversité génétique de 384 génotypes d'Arachis, y compris la mini-collection de base de l'USDA et des espèces sauvages15,16, tandis que 787 accessions de la collection centrale d'arachide des États-Unis ont été génotypées par le Réseau SNP 14 K 'Arachis_Axiom2' pour révéler leur diversité génétique17. Comparée aux matrices SNP, la GBS est une technique plus rentable basée sur le séquençage du génome réduit associé aux sites de restriction à l’aide de NGS18,19. Dans la recherche sur l'arachide, cette technique a été appliquée au développement de SNP, permettant la construction de cartes génétiques pour la cartographie des locus de caractères quantitatifs (QTL) et l'analyse de la structure de la population20,21,22.