von der Alliance of Bioversity International und dem International Center for Tropical Agriculture
Zum ersten Mal wurde die Single Primer Enrichment Technology (SPET) – eine neuartige Hochdurchsatz-Genotypisierungsmethode – bei Salat eingesetzt, um die genetische Vielfalt einer Sammlung von 160 Lactuca-Akzessionen aus 10 Ländern in Europa, Amerika und Asien zu untersuchen um Genomregionen zu identifizieren, die wichtige agronomische Merkmale untermauern.
In den letzten Jahren haben Technologien zur Untersuchung der genomischen Vielfalt von Nutzpflanzen außerordentliche Fortschritte gemacht und neuartige Methoden wie die Single Primer Enrichment Technology (SPET) bieten vielversprechende und kostengünstige Möglichkeiten. SPET wurde bisher in mehreren Kulturpflanzen eingesetzt, beispielsweise in Mais, Pappeln, Ölpalmen, Tomaten, Auberginen und Pfirsichen, und zeigte seine Leistungsfähigkeit bei der Genotypisierung von Keimplasmasammlungen und der Kreuzung von Populationen.
SPET wurde zum ersten Mal von einem Konsortium europäischer Forscher im Rahmen des Europäischen Bewertungsnetzwerks (EVA) des Europäischen Kooperationsprogramms für pflanzengenetische Ressourcen (ECPGR) in Salat (Lactuca sativa L.) eingesetzt, mit dem Ziel, dies zu untersuchen seine genetische Vielfalt und identifizieren Genomregionen, die wichtige agronomische Merkmale untermauern.
Salat ist eine kommerziell wichtige Kulturpflanze, die von den Verbrauchern wegen ihres Ballaststoffgehalts und ihres geringen Kaloriengehalts sehr geschätzt wird. Es ist außerdem eine gute Quelle für Vitamin C, Eisen, Folsäure und verschiedene gesundheitsfördernde Nährstoffe.
„Angesichts des Mangels an kostengünstigen Optionen für die Genotypisierung von Salat hat das EVA-Netzwerk zusammen mit IGATech beschlossen, ein SPET-Panel für diese Kulturpflanze zu entwickeln und es auf eine Sammlung von 155 Akzessionen von Lactuca sativa und 5 der eng verwandten Wildarten anzuwenden Art Lactuca serriola“, sagte Pasquale Tripodi, Hauptautor der Studie und leitender Forscher bei CREA, Italien.
Die EVA-Initiative wurde 2019 von ECPGR ins Leben gerufen, um das Wissen über die genetische Vielfalt von Nutzpflanzen zu verbessern und sie für die Züchtung widerstandsfähigerer Nutzpflanzen zu nutzen, die den großen Problemen der Landwirtschaft begegnen können.
„Das EVA Lettuce-Netzwerk ist eine von derzeit fünf kulturspezifischen öffentlich-privaten Partnerschaften, die Züchtungsunternehmen, Genbanken und Forschungsinstitute zusammenbringen, um gemeinsam phänotypische und genotypische Bewertungsdaten für zahlreiche Akzessionen und Landrassen zu generieren, die in europäischen Genbanken verfügbar sind“, erklärte Sandra Goritschnig, Koordinator der EVA-Initiative und Co-Autor der Studie.
Die in der Studie verwendeten Pflanzenmaterialien wurden im Rahmen des EVA Lettuce Network ausgewählt und stammen aus den Keimplasmasammlungen von vier europäischen Genbanken: dem Institut für pflanzengenetische Ressourcen „K.Malkov“ (Bulgarien) und dem Zentrum für genetische Ressourcen in den Niederlanden , die Unité de Génétique et Amélioration des Fruits et Légumes, Pflanzenbiologie und Züchtung, INRAe (Frankreich) und das Nordic Genetic Resource Centre (NordGen) (Schweden).
Die untersuchten Genotypen umfassten Sorten, Zuchtmaterialien und Landrassen aus zehn verschiedenen Ländern in Europa, Amerika und Asien, umfassten verschiedene Gartenbautypen wie Butterhead, Iceberg, Romaine, Batavia und Crisp und wurden in Feldversuchen an mehreren Standorten in drei Ländern phänotypisiert .
Warum SPET?
Im Vergleich zu anderen Genotypisierungsmethoden kombiniert SPET die Vorteile von Arrays und Hochdurchsatzsequenzierung und verfügt über eine hohe Fähigkeit, neue Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) zu erkennen, bei denen es sich um Variationen in der genetischen Sequenz handelt, die die Diversität zwischen Individuen einer Art bestimmen .
„Wenn wir über eine große Anzahl von SNPs verfügen, können wir die genetische Vielfalt einer Sammlung besser verstehen und die Funktion einiger Genomregionen untersuchen. In unserem Fall haben wir einen SPET-Assay für 40.000 SNPs entwickelt und konnten bis zu 96 % des Gens abdecken.“ -reiche Regionen im Vergleich zu früheren Studien an Salat mit verschiedenen Genotypisierungstechniken, die nur bis zu 27,6 % abdeckten. Dies zeigt, wie effektiv SPET ist“, sagte Tripodi.
Darüber hinaus garantiert die Verwendung eines festen Sondenpanels im Gegensatz zu anderen Sequenzierungsmethoden die Reproduzierbarkeit des Assays in verschiedenen Labors. Es fördert auch den Aufbau größerer wissenschaftlicher Gemeinschaften, die interoperable Marker nutzen können.
Die Analyse ergab über 80.000 hochwertige SNPs, die es den Forschern ermöglichten, die Akzessionen nach Typ und geografischer Herkunft zu gruppieren und Genassoziationen für Samenfarbe, Blattfarbe, Blattanthocyangehalt und Schosszeitpunkt zu identifizieren.
„Wir freuen uns sehr über diese neue Anwendung von SPET bei Salat, die frühere Erkenntnisse bestätigte, unser Wissen über die genomische Position einiger agronomischer Merkmale verfeinerte und die Leistungsfähigkeit von SPET zur Untersuchung der genetischen Vielfalt von Keimplasmasammlungen demonstrierte und so eine bessere Charakterisierung ermöglichte.“ von Salatsammlungen. Das SPET-Panel wird sowohl für Züchter als auch für Salatforscher ein kostengünstiges Werkzeug sein“, schloss Goritschnig.
Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen der Pflanzenwissenschaft.
Mehr Informationen:
Pasquale Tripodi et al., Entwicklung und Anwendung des SNP-Assays Single Primer Enrichment Technology (SPET) für die Analyse der Populationsgenomik und die Entdeckung von Kandidatengenen in Salat, Grenzen der Pflanzenwissenschaft (2023). DOI: 10.3389/fpls.2023.1252777
Bereitgestellt von der Alliance of Bioversity International und dem International Center for Tropical Agriculture