生態学的に多様な小麦集団の苗段階での干ばつ耐性に関連する根および葉の建築特性のゲノムワイド分析

干ばつストレスは、次の成長段階に影響を与える小麦の早期成長段階で発生しました。したがって、苗の段階で高度に適応した特性を持つ有望な干ばつ耐性の遺伝子型を選択することは、小麦の繁殖者と遺伝学者にとって重要な仕事です。小麦の苗段階での干ばつに適した特性の遺伝的コントロールに関する研究努力はほとんど行われませんでした。この研究では、28の異なる国を代表する146の非常に多様なスプリング小麦のコアコレクションのセットが、苗の段階で干ばつストレスの下で評価されました。すべての遺伝子型は、水源泉徴収により13日間干ばつストレスにさらされました。苗の長さ、葉のしおれ、しおれまでの日、葉の領域、葉のローリングなどの葉の特性が得点されました。さらに、ルートの長さ、最大幅、出現角、先端角、根の数などのルート特性がスコア付けされました。これらの実験でテストされたすべての遺伝子型の中で、かなりの有意な遺伝的変異が見つかりました。遺伝率の推定値は、0.74（葉の魔女）から0.99（ルートチップ角）の範囲でした。9つの遺伝子型のセットが選択され、干ばつ耐性の遺伝子型と見なされました。すべての葉の特性の中で、シュートの長さは、干ばつストレス下でのすべての根特性と有意な相関がありました。146の遺伝子型は、インフニウム小麦15 K単一ヌクレオチド多型（SNP）アレイおよび多様性アレイテクノロジー（DART）マーカープラットフォームを使用して遺伝子型で済みました。ジェノタイピングの結果、ゲノム全体の関連研究（GWAS）の実行に使用された12,999のSNPと2150のダーツマーカーが明らかになりました。GWASの結果は、干ばつストレス下での葉と根の特性に関連する169のマーカーを明らかにしました。169のマーカーのうち、82は主要な定量的形質遺伝子座（QTL）と見なされました。GWASは、小麦の干ばつ耐性の証拠を示す53の遺伝子で95の候補遺伝子が同定されたことを明らかにしたが、残りの候補遺伝子は新規と見なされた。葉と根の特性の間に共有マーカーは見つかりませんでした。この研究の結果は、苗の段階での新しい根特性に関連する新しいマーカーのマッピングを提供しました。また、さまざまな国から選択された遺伝子型は、適応的な干ばつ耐性特性を改善するだけでなく、遺伝的多様性を拡大するためにも、将来の小麦繁殖プログラムで採用できます。

Drought stress occurred at early growth stages in wheat affecting the following growth stages. Therefore, selecting promising drought-tolerant genotypes with highly adapted traits at the seedling stage is an important task for wheat breeders and geneticists. Few research efforts were conducted on the genetic control for drought-adaptive traits at the seedling stage in wheat. In this study, a set of 146 highly diverse spring wheat core collections representing 28 different countries was evaluated under drought stress at the seedling stage. All genotypes were exposed to drought stress for 13 days by water withholding. Leaf traits including seedling length, leaf wilting, days to wilting, leaf area, and leaf rolling were scored. Moreover, root traits such as root length, maximum width, emergence angle, tip angle, and number of roots were scored. Considerable significant genetic variation was found among all genotypes tested in these experiments. The heritability estimates ranged from 0.74 (leaf witling) to 0.99 (root tip angle). A set of nine genotypes were selected and considered drought-tolerant genotypes. Among all leaf traits, shoot length had significant correlations with all root traits under drought stress. The 146 genotypes were genotyped using the Infinium Wheat 15 K single nucleotide polymorphism (SNP) array and diversity arrays technology (DArT) marker platform. The result of genotyping revealed 12,999 SNPs and 2150 DArT markers which were used to run a genome-wide association study (GWAS). The results of GWAS revealed 169 markers associated with leaf and root traits under drought stress. Out of the 169 markers, 82 were considered major quantitative trait loci (QTL). The GWAS revealed 95 candidate genes were identified with 53 genes showing evidence for drought tolerance in wheat, while the remaining candidate genes were considered novel. No shared markers were found between leaf and root traits. The results of the study provided mapping novel markers associated with new root traits at the seedling stage. Also, the selected genotypes from different countries could be employed in future wheat breeding programs not only for improving adaptive drought-tolerant traits but also for expanding genetic diversity.