Genomweite Assoziationsanalyse zur Trockenheitstoleranz und damit verbundenen Merkmalen bei der Ackerbohne (Vicia faba L.)

Die Ackerbohne (Vicia faba L.) ist eine wichtige, proteinreiche Hülsenfrucht, die an vielfältige klimatische Bedingungen angepasst ist und zahlreiche Vorteile für die allgemeine Nachhaltigkeit von Anbausystemen bietet. Die Nachfrage nach pflanzlichem Eiweiß steigt stetig, und die Ackerbohne ist ein guter Kandidat, um diesen Bedarf zu decken. Allerdings reagiert die Pflanze sehr empfindlich auf abiotischen Stress, insbesondere auf Trockenheit, was den Ertrag und die Entwicklung der Ackerbohne weltweit stark beeinträchtigt. Daher stellt die Identifizierung von Genen, die mit Trockenheitstoleranz in Verbindung stehen, eine große Herausforderung in der Züchtung der Ackerbohne dar. Obwohl die Reaktion der Ackerbohne auf Trockenstress bereits umfassend untersucht wurde, sind die molekularen Ansätze zur Verbesserung der Trockenheitstoleranz bei dieser Kulturpflanze nach wie vor begrenzt. Hier knüpften wir an jüngste genomische Fortschritte an, wie beispielsweise die Entwicklung des ersten SNP-Genotypisierungs-Arrays mit hoher Dichte, um eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS) unter Verwendung von Tausenden genetischer Polymorphismen über das gesamte Genom der Ackerbohne hinweg durchzuführen. Eine weltweite Sammlung von 100 Ackerbohnen-Akzessionen wurde unter Kontroll- und Trockenstressbedingungen angebaut, und 10 morphologische, phänologische und physiologische Merkmale wurden ausgewertet, um Einzelnukleotid-Polymorphismus-Marker (SNP-Marker) zu identifizieren, die mit Trockenheitstoleranz assoziiert sind. Wir identifizierten 29 SNP-Marker, die unter Trockenstressbedingungen signifikant mit diesen Merkmalen korrelierten. Die flankierenden Sequenzen wurden mit den Referenzgenomen von Medicago truncatula abgeglichen, um potenzielle Kandidatengene zu annotieren, die den kausalen Varianten zugrunde liegen. Drei der SNPs für den Chlorophyllgehalt nach dem Stress entsprechen noch nicht charakterisierten Proteinen, was auf das Vorhandensein neuer Gene hindeutet, die mit der Trockenheitstoleranz bei Ackerbohnen assoziiert sind. Die Bedeutung stressinduzierbarer Signaltransduktoren liefert wertvolle Informationen über die möglichen Mechanismen, die der Reaktion der Ackerbohne auf Trockenstress zugrunde liegen, und bildet somit eine Grundlage für die zukünftige markergestützte Züchtung dieser Kulturpflanze.