Identificazione dei QTL per il colore della radice e il contenuto di carotenoidi nelle popolazioni F2 di carota arancione giapponese

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8063 (2022) Citare questo articolo

1177 accessi

2 citazioni

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

La carota è una delle principali fonti di provitamina A nella dieta umana. Due dei tratti più importanti per la selezione delle carote sono il contenuto di carotenoidi e il colore della radice. Per esaminare le regioni genomiche correlate a questi tratti e sviluppare marcatori di DNA per la selezione delle carote, abbiamo eseguito un'analisi di associazione basata su un modello di rivestimento generale utilizzando il polimorfismo a singolo nucleotide (SNP) dell'intero genoma in due popolazioni F2, entrambe derivate da incroci di carote a radice arancione allevato in Giappone. L'analisi ha rivelato 21 loci di tratti quantitativi significativi (QTL). Per convalidare il rilevamento dei QTL, abbiamo anche eseguito un'analisi QTL basata su una mappatura di intervalli composita di queste popolazioni e rilevato 32 QTL. Undici dei QTL sono stati rilevati sia dall'associazione che dalle analisi QTL. La posizione fisica di alcuni QTL ha suggerito due possibili geni candidati, un gene Orange (Or) per la valutazione visiva del colore, il contenuto di α e β-carotene e un gene della licopene β-ciclasi (CYC-B) specifico per il cromoplasto per il β rapporto /α carotene. Un marcatore KASP sviluppato sull'Or ha distinto una differenza cromatica quantitativa in una linea di allevamento diversa e correlata. I QTL rilevati e il marcatore del DNA contribuiranno alla selezione delle carote e alla comprensione della biosintesi e dell'accumulo dei carotenoidi nelle carote arancioni.

La carota (Daucus carota L.), una delle principali fonti di caroteni provitamina A nella dieta umana, viene consumata in tutto il mondo1. Le carote accumulano abbondanti carotenoidi nelle loro radici a fittone e si ritiene che questi carotenoidi (responsabili della pigmentazione arancione delle radici delle carote) forniscano benefici per la salute2. È stata osservata una varietà di colori nei fittoni delle carote, tra cui arancione, bianco, giallo, rosso e viola. Analisi quantitative dei loci dei tratti (QTL) e studi di associazione per il colore della radice delle carote e il contenuto di carotenoidi sono stati eseguiti in diverse popolazioni e sono stati segnalati QTL importanti e utili3,4,5,6. Questi studi hanno utilizzato popolazioni derivate da incroci tra accessioni che mostravano colori radicali chiaramente diversi come arancione e bianco3,4,5 e arancione e arancione scuro4, mentre altri studi hanno utilizzato popolazioni incrociate derivate da carote bianche, gialle, rosse e arancioni6.

La biosintesi dei carotenoidi è ben consolidata e in molte specie vegetali è stata caratterizzata una via di biosintesi dei carotenoidi altamente conservata (Fig. 1)7,8,9. Nella carota sono stati mappati diversi geni biosintetici dei carotenoidi3 e le sequenze rilasciate dell'intero genoma della carota hanno mostrato geni ortologhi e omologhi coinvolti nella via di biosintesi dei carotenoidi10,11. Sono stati identificati anche diversi geni coinvolti nella biosintesi e nell'accumulo dei carotenoidi nella carota. Nella carota è stato identificato un ortologo della carotene idrossilasi CYP97A3 nella via della biosintesi dei carotenoidi; controlla l'α-carotene, il contenuto totale di carotenoidi e il rapporto α/β carotene12. Uno studio di associazione di geni candidati sulla via della biosintesi dei carotenoidi ha rivelato associazioni tra il contenuto totale di carotenoidi e β-carotene e i geni zeaxantina epossidasi (ZEP), fitoene desaturasi (PDS) e carotenoide isomerasi (CRTISO), tra il contenuto di α-carotene e i geni CRTISO e l'ossidasi terminale plastide (PTOX), e tra i componenti del colore e il gene ZEP6.

Vie di biosintesi dei carotenoidi. Il percorso della biosintesi dei carotenoidi è mostrato in nero, con i geni della biosintesi dei carotenoidi indicati in blu. Figura compilata e riassunta da Stanley et al.8 e Al-Babili et al.9. PSY, fitoene sintasi; PDS, fitoene desaturasi; Z-ISO, ζ-carotene isomerasi; ZDS, ζ-carotene desaturasi; CRTISO, carotene isomerasi; LCYE, licopene ε-ciclasi; LCYB, licopene β-ciclasi; CYP97A3, β-idrossilasi di tipo citocromo P450; CYP97C1, ε-idrossilasi di tipo citocromo P450; CYC-B, licopene β-ciclasi cromoplasto-specifica; BCH, β-carotene idrossilasi; ZEP, zeaxantina epossidasi; NSY, neoxantina sintasi; CCS, capsantina-capsorubina sintasi.