Vytvoření kolekce genotypů hrachu (Pisum sativum L.) pro genomickou a metabolomickou analýzu rezistence vůči Fusarium oxysporum f. sp. pisi rase 2

Hýbl M.¹, Dostálová R.², Trněný O.³, Griga M.²

¹Národní centrum zemědělského a potravinářského výzkumu, v.v.i., Olomouc-Holice, ²Agritec Plant Research s.r.o., Šumperk; ³Zemědělský výzkum s.r.o., Troubsko

Úvod

Fusariové vadnutí patří k významným chorobám hrachu. Rezistence vůči rase 2 patogenu Fusarium oxysporum f. sp. pisi má převážně kvantitativní a polygenní charakter, proto její studium vyžaduje početný a fenotypově kontrastní soubor genotypů. Propojení genomiky a metabolomiky umožňuje sledovat dědičné rozdíly mezi genotypy i metabolické změny indukované infekcí. Základní podmínkou je přesně definovaný, užitkově vyvážený a reprodukovatelně fenotypovaný panel polního a dřeňového hrachu.

 Cíl

Cílem práce bylo vytvořit reprezentativní kolekci polního a dřeňového hrachu pro navazující fenotypizaci, celogenomové a metabolomické analýzy rezistence vůči Fusarium oxysporum f. sp. pisi rase 2 a pro identifikaci donorů využitelných ve šlechtění.

 Materiál a metody

Do kolekce bylo podle původu a pasportních údajů vybráno 184 genotypů, z toho 92 genotypů polního a 92 genotypů dřeňového hrachu. Kolekce zahrnovala registrované odrůdy, genetické zdroje a šlechtitelské linie. Pro inokulační testy byl použit izolát VURV-F 67. Předmáčená semena byla inokulována suspenzí přibližně 10⁶ propagul·ml⁻¹, vyseta do agroperlitu a pěstována při 12hodinové fotoperiodě. Symptomy byly 20 až 40 dnů po vzejití hodnoceny na stupnici 0 až 4 a vyjádřeny indexem napadení. GWAS vycházela z dat DArTseq mapovaných na referenční genom Pisum sativum v1a. Po filtraci podle podílu zavolaných genotypů ≥ 0,8 a MAF ≥ 0,05 bylo analyzováno 6 693 SNP. Fenotyp byl rozdělen na odolnou a náchylnou reakci, nejednoznačné reakce byly vyloučeny. Asociace byly hodnoceny modely MLM a BLINK v programu GAPIT 4.1 se třemi hlavními komponentami a maticí příbuznosti podle VanRadena. Za kandidátní byly označeny čtyři nejsilnější oblasti se shodným pořadím v obou modelech.

Výsledky

V kolekci vykázalo odolnou reakci 86 genotypů (46,7 %) a náchylnou reakci 98 genotypů (53,3 %). Téměř vyrovnané zastoupení obou fenotypových kategorií a poměr polního a dřeňového hrachu 1 : 1 poskytují vhodný základ pro kontrastní genomické a metabolomické porovnání. Odolnost byla zjištěna u komerčních odrůd, genetických zdrojů i šlechtitelských linií, takže potenciální donory nejsou omezeny na jedinou skupinu materiálů. Čtyři nejsilnější asociační oblasti se nacházely na chromozomech 5 v pozicích 178,3 a 534,7 Mb, 6 v pozici 426,2 Mb a 7 v pozici 109,8 Mb. Nejvyšší hodnoty −log₁₀(P) dosáhly 3,59 v modelu MLM a 3,77 v modelu BLINK. QQ grafy neukazovaly inflaci testových statistik, λ = 0,99 pro MLM a 0,98 pro BLINK. Kandidátní oblasti jsou podkladem pro následné ověření, nikoli definitivně validovanými markery pro přímé šlechtitelské využití.

Obrázek 1: Manhattan grafy asociací rezistence hrachu k Fusarium oxysporum f. sp. pisi rase 2 v modelech MLM a BLINK. Oranžově jsou vyznačeny čtyři nejsilnější oblasti.

Odolnost souvisela s genetickým pozadím: první hlavní komponenta oddělovala převážně polní a dřeňový hrách a podíl odolných genotypů mezi její krajními kvartily vzrostl z 29 na 64 %. Po zohlednění genetického pozadí byly efekty kandidátních oblastí malé, proto bude pro selekci zřejmě vhodnější kombinace markerů nebo genomická predikce.

Obrázek 2: QQ grafy pozorovaných a očekávaných hodnot asociací v modelech MLM a BLINK; šedá oblast představuje 95% interval spolehlivosti.

 Závěr

Byla vytvořena vyvážená kolekce 184 genotypů polního a dřeňového hrachu pro studium rezistence vůči Fusarium oxysporum f. sp. pisi rase 2. Soubor zachycuje rozdílný původ, šlechtitelský status i fenotypovou reakci a představuje základ pro integraci přesnější fenotypizace s genomickými a metabolomickými daty. Navazující práce by měla ověřit čtyři kandidátní oblasti, využít kvantitativní hodnocení fenotypu a identifikovat stabilní donory rezistence.

 Poděkování

Tento výsledek vznikl za podpory projektu NAZV – PeaBreed, č. QL26010174.