Genominlaajuinen assosiaatiotutkimus eurooppalaista alkuperää olevan puna-apilan (Trifolium pratense L.) geenimateriaalin pakkasenkestävyydestä

Kestävyyden parantaminen on tärkeä jalostustavoite puna-apilassa (Trifolium pratense L.). Alueilla, joilla talvet ovat kylmiä, kestävyyden puute johtuu usein heikosta talvenkestävyydestä, jonka tärkeä osa on alhainen pakkasenkestävyys (FT). Suoritimme genominlaajuisen assosiaatiotutkimuksen (GWAS) tunnistaaksemme pakkasenkestävyyteen liittyviä lokuksia 393 puna-apilan kantojen kokoelmassa, jotka olivat pääosin eurooppalaista alkuperää, ja teimme analyysejä kytkentäepätasapainosta ja sisäsiitoksesta. Kantojen genotyyppaus suoritettiin yksilöiden pooleina käyttäen sekvensointipohjaista genotyyppausta (pool-GBS), jolloin saatiin sekä yksittäisten nukleotidien polymorfismien (SNP) että haplotyyppien alleelitaajuustietoja kantojen tasolla. Linkkitasapainon häiriö määritettiin SNP-parien alleelitaajuuksien välisen osittaiskorrelaation neliönä, ja sen havaittiin heikkenevän erittäin lyhyillä etäisyyksillä (< 1 kb). Sisäsiitoksen taso, joka pääteltiin genomisuhdematriisin diagonaalielementeistä, vaihteli huomattavasti eri kantojen ryhmien välillä: voimakkain sisäsiitos havaittiin Iberian ja Ison-Britannian ekotyyppien joukossa ja vähäisin paikallislajikkeiden joukossa. FT:ssä havaittiin huomattavaa vaihtelua, ja LT50-arvot (lämpötila, jossa 50 % kasveista kuolee) vaihtelivat välillä -6,0 °C – -11,5 °C. SNP- ja haplotyyppipohjaisissa GWAS-analyyseissä tunnistettiin kahdeksan ja kuusi FT:hen merkitsevästi liittyvää lokusta (joista vain yksi oli yhteinen), jotka selittivät fenotyyppistä vaihtelua vastaavasti 30 % ja 26 %. Kymmenen lokusta löydettiin geeneistä, jotka mahdollisesti osallistuvat FT:tä vaikuttaviin mekanismeihin, tai niiden välittömästä läheisyydestä (<0,5 kb). Näihin kuuluvat kofeoyylishikimaattiesteraasi, inositolin kuljettaja sekä muut geenit, jotka osallistuvat signalointiin, kuljetukseen, ligniinisynteesiin sekä aminohappo- tai hiilihydraattiaineenvaihduntaan. Tämä tutkimus avaa tien FT:n geneettisen säätelyn paremmalle ymmärtämiselle sekä molekyylityökalujen kehittämiselle tämän ominaisuuden parantamiseksi puna-apilassa genomiikkaa hyödyntävän jalostuksen avulla.