Прикордонний цілогеномний аналіз генів-кандидатів, пов’язаних із розміром та вагою насіння в сорго

Генетика рослин і геноміка

Редаговано
Сяоу Ван

Інститут біотехнологій, Китайська академія сільськогосподарських наук, Китай

Переглянуто
Mingsheng Chen

Інститут генетики та біології розвитку Китайської академії наук, Китай

Кун Лу

Південно-західний університет, Китай

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

генів-кандидатів

  • Завантажити статтю
    • Завантажте PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Додаткові
      Матеріал
  • Експортне посилання
    • EndNote
    • Довідковий менеджер
    • Простий текстовий файл
    • BibTex
ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

  • 1 Квінслендський союз з питань сільського господарства та продовольчих інновацій, Квінслендський університет, Уорік, QLD, Австралія
  • 2 Департамент сільського господарства та рибальства, Науково-дослідний центр Ермітажу, м. Уорік, QLD, Австралія
  • 3 BGI Genomics, BGI-Шеньчжень, Шеньчжень, Китай
  • 4 Школа сільського господарства та харчових наук, Університет Квінсленда, Брісбен, QLD, Австралія
  • 5 Квінслендський альянс сільського господарства та інновацій продовольства, Університет Квінсленда, Брісбен, QLD, Австралія

Вступ

Зростання світового населення та збільшення достатку зумовлюють попит на сільськогосподарську продукцію, особливо зернові, які забезпечують понад 75% калорій, споживаних людиною (Sands et al., 2009). Враховуючи обмеженість орних земель та водних ресурсів, особливо в Африці на південь від Сахари, де сорго є основною їжею, а темпи приросту населення є одними з найвищих у світі, підвищення врожайності на одиницю площі зернових культур буде вирішальним для задоволення цього попиту. Кількість насіння на одиницю площі та розмір насіння є критичними компонентами врожайності насіння. Хоча кількість насіння, як правило, має більший вплив на врожайність (Boyles et al., 2016), розмір насіння може внести значний внесок і може запропонувати перспективи для подальшого поліпшення врожайності (Yang et al., 2009). Крім того, це часто є основним атрибутом якості (Lee et al., 2002). Отже, з’ясування генетичної основи розміру насіння та впливу приручення на гени розміру насіння у сорго покращить розуміння одомашнення сільськогосподарських культур та забезпечить нові цілі для маніпулювання розміром насіння в практиці селекції.

Розмір насіння є фізіологічно складною ознакою. Насіння сорго, як правило, схильні до сферичних, хоча існують значні фенотипічні коливання у довжині, ширині та щільності. Потенційний розмір насіння часто пов'язаний з кількістю клітин, розміром клітин і кількістю гранул крохмалю і сильно корелює з об'ємом яєчників при синтезі (Yang et al., 2009). Однак виміри, пов'язані з розміром насіння, не використовуються постійно в літературі, де індивідуальна маса зерна часто використовується як сурогат для розміру насіння. Як ключові компоненти попиту на вуглець (поглинання) під час заповнення насіння, розмір та вага насіння тісно пов’язані як із надходженням вуглецю (джерелом), так і транспортуванням між джерелами вуглецю та насінням (шлях). Потенційна маса окремих насіння визначається швидкістю та тривалістю заповнення насіння. У сорго швидкість заповнення насіння сильно корелює з об’ємом зав’язей при синтезі, що, в свою чергу, пов’язано з розміром меристематичного купола під час раннього розвитку квітника (Yang et al., 2009).

Незважаючи на те, що насіння з більшим потенційним розміром, як правило, мають більшу насіннєву масу, ступінь, наскільки ця збільшена маса насіння насправді досягається, сильно визначається доступністю асиміляції для кожного насіння. Кількість асиміляту на насіння визначається факторами, що впливають як на кількість насіння, так і на його асимілят. Загальна кількість насіння на рослину визначається кількістю насіння на волоть і кількістю волоті на рослину (тобто кущення та розгалуження), на які впливає ряд генетичних факторів та факторів навколишнього середовища (Alam et al., 2014). Негативна кореляція між розміром насіння та кількістю насіння часто спостерігалась у злакових культур (Jakobsson and Eriksson, 2000; Acreche and Slafer, 2006; Peltonen-Sainio et al., 2007; Sadras, 2007). Зокрема, у сорго цей компроміс спостерігався різними групами (Heinrich et al., 1983; Yang et al., 2010; Burow et al., 2014). Такі риси, як кількість насіння на волоть та кількість культиваторів на рослину, також зазвичай негативно корелюють з розміром насіння (Moles and Westoby, 2004). Співробітники асиміляту для заповнення насіння, включаючи фотосинтез (Jagadish et al., 2015), показали позитивні кореляційні зв'язки з розміром насіння. Фактори навколишнього середовища також можуть чинити сильний вплив на розмір насіння, впливаючи на запас асимілятів (Jenner, 1994; Borrell et al., 2014) та транслокацію вуглецю (Zolkevich et al., 1958).

Сорго, яке займає друге місце після кукурудзи серед злаків С4 за масштабами виробництва зерна, відоме своєю адаптацією до спеки та посухового стресу і є основним продуктом для 500 мільйонів найбідніших людей у ​​світі. Незважаючи на велике значення цієї культури, генетична основа розміру насіння у сорго була предметом порівняно невеликих досліджень, і мало інформації про генетичний контроль ознаки та ознак одомашнення. Отже, це дослідження має на меті дослідити закономірності поліморфізму та сигнатури одомашнення генів-кандидатів, пов’язаних з розміром та вагою насіння, використовуючи дані повторного розподілу для різноманітної групи генотипів диких та бур’янових та ландрасних рослин (Mace et al., 2013) з метою посилення розуміння приручення сільськогосподарських культур та забезпечення потенційних цілей для маніпулювання розмірами насіння при розведенні сорго.