L'influenza della struttura genetica sulla diversità fenotipica nel pool genetico del mango australiano (Mangifera indica).

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 20614 (2022) Citare questo articolo

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La selezione genomica è una tecnica di selezione promettente per le colture arboree per accelerare lo sviluppo di nuove cultivar. Tuttavia, fattori come la struttura genetica possono creare associazioni spurie tra genotipo e fenotipo a causa della storia condivisa tra popolazioni con valori di tratto diversi. La struttura genetica può quindi ridurre l'accuratezza della mappa genotipo-fenotipo, un requisito fondamentale dei modelli di selezione genomica. Qui, abbiamo impiegato 272 polimorfismi a singolo nucleotide da 208 accessioni di Mangifera indica per esplorare se la struttura genetica del pool genetico del mango australiano spiegasse la variazione nella circonferenza del tronco, nel colore e nell'intensità del frutto. Analisi genetiche di popolazioni multiple indicano la presenza di quattro cluster genetici e mostrano che il cluster geneticamente più differenziato contiene accessioni importate dal sud-est asiatico (principalmente quelle dalla Tailandia). Troviamo che la struttura genetica era fortemente associata a tre tratti: circonferenza del tronco, colore arrossato del frutto e intensità in M. indica. Ciò suggerisce che la storia di queste accessioni potrebbe guidare associazioni spurie tra loci e fenotipi chiave del mango nel pool genetico del mango australiano. Incorporare tale struttura genetica nelle associazioni tra genotipo e fenotipo può migliorare l'accuratezza della selezione genomica, che può aiutare il futuro sviluppo di nuove cultivar.

Le colture arboree orticole sono vitali per la produzione alimentare sostenibile1 e per l’uso ornamentale e industriale. Le colture arboree possono essere coltivate in modo più sostenibile nel tempo rispetto alle colture annuali in campo, contribuendo così a gestire l’approvvigionamento alimentare per una popolazione mondiale in aumento2. Per creare nuove cultivar da frutto con produttività e qualità migliorate, dobbiamo sviluppare tecnologie di selezione che superino i limiti biologici alla loro produzione. Le specie tropicali, come il mango, sono spesso grandi e vigorose3, il che porta a coperture che superano rapidamente lo spazio del loro frutteto. Ciò genera ombra, fornendo un terreno fertile per le malattie4. Per evitare gli effetti negativi delle dimensioni degli alberi, gli alberi vengono tradizionalmente piantati a bassa densità e potati pesantemente ogni anno4, determinando una riduzione della produzione complessiva per ettaro e un aumento del costo per unità di prodotto. Di conseguenza, è in corso la ricerca per allevare alberi più piccoli e meno vigorosi, mantenendo al tempo stesso rese elevate di frutta di qualità5,6. Tali sforzi produrranno mango che potrà essere coltivato in frutteti intensivi e ad alta densità che producono più frutti per ettaro7.

La selezione tradizionale degli alberi è lenta, poiché le valutazioni richiedono una valutazione delle prestazioni fenotipiche negli alberi maturi per molti anni per tenere conto degli effetti di ambienti spaziali e temporali variabili sulla diversità fenotipica. Queste valutazioni, in combinazione con una lunga fase giovanile (tipicamente 2-4 anni4), possono comportare un processo di selezione che può durare fino a 10 anni o più dalla semina in campo8, rendendo impraticabile il rapido sviluppo di nuove cultivar. Il tempo per lo sviluppo della cultivar potrebbe essere ridotto prevedendo le future prestazioni fenotipiche negli individui giovani utilizzando la selezione genomica, come dimostrato nelle mele9, nelle ciliegie10 e nelle fragole11. La selezione genomica utilizza mappe genotipo-fenotipo di una popolazione in addestramento per prevedere la variazione fenotipica in popolazioni non testate utilizzando dati di marcatori12,13. Pertanto, una volta creato un modello di selezione genomica, la lunghezza e il costo della fenotipizzazione dei tratti chiave possono essere ridotti. La selezione genomica per le dimensioni degli alberi e il vigore della progenie potrebbe quindi migliorare il processo di selezione e ridurre i costi della selezione del mango rispetto agli approcci di selezione tradizionali.

Il presupposto principale della selezione genomica è che i marcatori genetici siano strettamente collegati su un cromosoma ai loci causativi che contribuiscono al tratto di interesse14. In generale, più il marcatore è vicino ai loci causativi, più accurata è la mappa genotipo-fenotipo. Tuttavia, la struttura genetica può creare associazioni statistiche tra loci che non sono fisicamente collegati. Ciò si verifica perché forze evolutive come la migrazione, la deriva e la mutazione possono rendere le combinazioni alleliche tra loci non collegati più comuni di quanto previsto dal caso15. La struttura genetica può quindi creare associazioni spurie tra marcatori e tratti genetici. Inoltre, la struttura genetica è spesso prevalente nelle colture moderne, in particolare in quelle che si spostano in tutto il mondo attraverso le migrazioni umane, che probabilmente hanno subito drastiche fluttuazioni nelle dimensioni della popolazione e hanno sofferto di consanguineità dopo aver incrociato individui geneticamente imparentati con tratti favorevoli16.