Increasing strawberry (Fragaria x ananassa) polyphenol content: development and selection of new markers for Marker Assisted Selection based on co-localization of QTLs and e-QTLs
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2015-12-03
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Resumo
O morango (Fragaria L.) pertence à família Rosaceae, juntamente com outros frutos de elevada importância económica, como a maçã, o pêssego ou a cereja. Fragaria vesca (2n=2x=14) é uma espécie diploide cujo genoma já foi sequenciado (240Mb), sendo considerado um organismo modelo para o morango cultivado (Fragaria x ananassa), espécie octoploide (2n=8x=56). Os frutos silvestres em geral, e os morangos em particular, é conhecido pelo se perfil nutricional muito rico, especialmente em polifenois, o que lhes confere uma elevada capacidade antioxidante. Perceber as bases genéticas que controlam a produção destes compostos fenólicos é extremamente importante para a selecção de novas variedades com uma composição nutricional ainda mais rica.
Neste trabalho, através da técnica LC-MS, foi possível analisar os metabolitos fenólicos de frutos maduros de uma população F2 de morango resultante do cruzamento das variedades Camarosa x Dover, o que permitiu quantificar 22 metabolitos diferentes e mapear posteriormente 146 QTLs ao longo do mapa genético desta população. O mapa genético de ligamento CxD foi melhorado e possui actualmente 192 loci distribuídos ao longo dos 28 grupos de ligamento esperados, representando cada grupo homeólogo uma elevada cobertura (> 70%) quando comparado com a espécie F. vesca. Os níveis de expressão dos frutos maduros foram também avaliados com recurso a microarrays contendo os 35000 genes descritos para o genoma de F. vesca, hibridando-os com RNA de indivíduos da população F2. Os genes cujos níveis de expressão variaram significativamente foram seleccionados para uma análise de QTLs de expressão (e-QTLs) que permitiu detectar e mapear 333 e-QTLs.
A co-localização entre QTL metabólicos e QTLs de expressão indica uma possível implicação directa do gene candidato na produção do metabolito acumulado. Todas as co-localizações foram detectadas e os melhores resultados foram depois seleccionados para um estudo mais aprofundado, principalmente para tentar perceber o contexto biológico dessas co-localizações. Os marcadores que se encontravam perto da (ou até mesmo coincidindo com a) posição onde QTLs e e-QTLs se co-localizavam foram considerados como bons candidatos para a selecção assistida por marcadores (MAS)
Strawberries (Fragaria L.) belong to the Rosaceae family together with other economically important fruits like apple, peach or cherry. Fragaria vesca (2n=2x=14) is a diploid specie which genome has already been sequenced (240Mb) and is considered a model organism for cultivated strawberry (Fragaria x ananassa), an octoploid specie (2n=8x=56). In general all berries, including strawberries, are known for their rich nutritional profile, mainly for the high content in polyphenols which confers a greater antioxidant capacity. Understanding the genetic bases controlling the production of these phenolic compounds is extremely important for the selection of new varieties with a greater nutritional profile. In this work, the LC-MS analysis for polyphenol metabolites in full ripen fruits from an F2 population of cultivated strawberry (Camarosa x Dover) allowed the quantification of 22 different metabolites and a further mapping of 146 QTLs in the genetic linkage map of this F2 population. CxD genetic linkage map has been improved, possessing now 192 loci distributed along the 28 expected linkage groups, representing each homeologous group a high coverage (>70%) when compared with the genome of Fragaria vesca. Similarly, the expression levels in the full ripen fruit were also analyzed with a microarray containing the 35000 genes described for the genome F. vesca hybridizing with RNA of the individuals of the population. Those genes which expression levels vary significantly have been selected for an analysis of expression QTLs (e-QTLs), which allowed the detection of 333 e-QTLs. The co-localization between metabolomic QTLs and expression QTLs indicate a possible direct implication of the candidate gene and the accumulated metabolite. All co-localization were detected and the best results were then selected for a deeper analysis for trying to understand the biological context of those co-localizations. Target markers close to (or coinciding with) the position of QTLs and e-QTLs co-localization were considered as great candidates for marker assisted selection (MAS).
Strawberries (Fragaria L.) belong to the Rosaceae family together with other economically important fruits like apple, peach or cherry. Fragaria vesca (2n=2x=14) is a diploid specie which genome has already been sequenced (240Mb) and is considered a model organism for cultivated strawberry (Fragaria x ananassa), an octoploid specie (2n=8x=56). In general all berries, including strawberries, are known for their rich nutritional profile, mainly for the high content in polyphenols which confers a greater antioxidant capacity. Understanding the genetic bases controlling the production of these phenolic compounds is extremely important for the selection of new varieties with a greater nutritional profile. In this work, the LC-MS analysis for polyphenol metabolites in full ripen fruits from an F2 population of cultivated strawberry (Camarosa x Dover) allowed the quantification of 22 different metabolites and a further mapping of 146 QTLs in the genetic linkage map of this F2 population. CxD genetic linkage map has been improved, possessing now 192 loci distributed along the 28 expected linkage groups, representing each homeologous group a high coverage (>70%) when compared with the genome of Fragaria vesca. Similarly, the expression levels in the full ripen fruit were also analyzed with a microarray containing the 35000 genes described for the genome F. vesca hybridizing with RNA of the individuals of the population. Those genes which expression levels vary significantly have been selected for an analysis of expression QTLs (e-QTLs), which allowed the detection of 333 e-QTLs. The co-localization between metabolomic QTLs and expression QTLs indicate a possible direct implication of the candidate gene and the accumulated metabolite. All co-localization were detected and the best results were then selected for a deeper analysis for trying to understand the biological context of those co-localizations. Target markers close to (or coinciding with) the position of QTLs and e-QTLs co-localization were considered as great candidates for marker assisted selection (MAS).
Descrição
Dissertação de Mestrado em Genética Molecular Comparativa e Tecnológica
Palavras-chave
Fragaria , Polifenóis , Mapeamento cromossómico , Seleção assistida por marcadores