Eine genomweite Assoziationsstudie zur Frosttoleranz bei Rotklee (Trifolium pratense L.)-Keimplasma europäischen Ursprungs

Die Verbesserung der Persistenz ist ein wichtiges Zuchtziel beim Rotklee (Trifolium pratense L.). In Gebieten mit kalten Wintern ist mangelnde Persistenz oft auf eine schlechte Überwinterungsfähigkeit zurückzuführen, wobei eine geringe Frosttoleranz (FT) eine wichtige Rolle spielt. Wir führten eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) durch, um Loci zu identifizieren, die mit der Frosttoleranz in einer Sammlung von 393 Rotklee-Akzessionen – überwiegend europäischen Ursprungs – assoziiert sind, und führten Analysen zum Linkage-Ungleichgewicht und zur Inzucht durch. Die Akzessionen wurden als Pools von Individuen mittels Genotypisierung durch Sequenzierung (Pool-GBS) genotypisiert, wodurch sowohl Daten zu Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) als auch zu Haplotyp-Allelfrequenzen auf Akzessionsebene generiert wurden. Das Kopplungsungleichgewicht wurde als quadrierte partielle Korrelation zwischen den Allelfrequenzen von SNP-Paaren bestimmt und zeigte einen Abfall bereits bei extrem kurzen Abständen (< 1 kb). Der Inzuchtgrad, der aus den Diagonalelementen einer genomischen Verwandtschaftsmatrix abgeleitet wurde, variierte erheblich zwischen verschiedenen Gruppen von Akzessionen, wobei die stärkste Inzucht bei Ökotypen aus der Iberischen Halbinsel und Großbritannien und die geringste bei Landsorten festgestellt wurde. Es wurde eine beträchtliche Variation der FT festgestellt, wobei die LT50-Werte (Temperatur, bei der 50 % der Pflanzen absterben) zwischen -6,0 °C und -11,5 °C lagen. SNP- und Haplotyp-basierte GWAS identifizierten acht bzw. sechs Loci, die signifikant mit der FT assoziiert waren (von denen nur einer gemeinsam vorkam) und 30 % bzw. 26 % der phänotypischen Variation erklärten. Zehn der Loci befanden sich innerhalb oder in unmittelbarer Nähe (< 0,5 kb) von Genen, die möglicherweise an Mechanismen beteiligt sind, die die FT beeinflussen. Dazu gehören eine Caffeoyl-Shikimat-Esterase, ein Inositol-Transporter sowie weitere Gene, die an der Signalübertragung, dem Transport, der Ligninsynthese und dem Aminosäure- bzw. Kohlenhydratstoffwechsel beteiligt sind. Diese Studie ebnet den Weg für ein besseres Verständnis der genetischen Steuerung von FT und für die Entwicklung molekularer Werkzeuge zur Verbesserung dieses Merkmals bei Rotklee durch genomgestützte Züchtung.