オートテトラプロイドアルファルファ（Medicago sativa L.）の水不足に対応した飼料品質に関連する遺伝子座の同定

Identification of genetic loci associated with forage quality in response to water deficit in autotetraploid alfalfa (Medicago sativa L.).

• Sen Lin
• Cesar Augusto Medina
• Bill Boge
• Jinguo Hu
• Steven Fransen
• Steven Norberg
• Long-Xi Yu

抄録

背景:

アルファルファは、家畜への栄養価や様々な環境への適応力から、世界各地で重要な飼料作物として栽培されてきた。しかし、品質に関連する形質の可塑性が異なる水条件へのアルファルファの適応に影響を与える遺伝的基盤は、ほとんど知られていません。

BACKGROUND: Alfalfa has been cultivated in many regions around the world as an important forage crop due to its nutritive value to livestock and ability to adapt to various environments. However, the genetic basis by which plasticity of quality-relevant traits influence alfalfa adaption to different water conditions remain largely unknown.

結果:

本研究では、干ばつ耐性のコアコレクションのアルファルファ 198 例を用いて、赤字灌漑勾配を課した圃場試験において、26 の飼料品質形質について評価した。品質形質と水ストレスとの間で回帰分析を行った結果、水不足が増加するにつれて、繊維関連形質の値はエネルギー関連形質の値と負の相関があることが明らかになった。水ストレス下での飼料品質との関連性については、ゲノムワイド関連研究を用いて、100 以上の有意なマーカーが同定された。その中で、131のマーカーがすべての水不足処理で複数の形質と関連していた。その結果、関連するマーカーの多くは水不足のレベルに依存しており、飼料品質形質の遺伝的制御はストレス処理に依存していることが示唆された。飼料の品質に関連する24の遺伝子座を、細胞の発達や水ストレスへの応答に役割を果たす機能的な遺伝子にアノテーションした。

RESULTS: In the present study, 198 accessions of alfalfa of the core collection for drought tolerance were evaluated for 26 forage quality traits in a field trial under an imposed deficit irrigation gradient. Regression analysis between quality traits and water stress revealed that values of fiber-related traits were negatively correlated with values of energy-related traits as water deficit increased. More than one hundred significant markers associated with forage quality under different water treatments were identified using genome-wide association studies with genotyping by sequencing. Among them, 131 markers associated with multiple traits in all the water deficit treatments. Most of the associated markers were dependent to the levels of water deficit, suggesting genetic controls for forage quality traits were dependent to the stress treatment. Twenty-four loci associated with forage quality were annotated to functional genes that may play roles in cell development or in response to water stress.

結論:

本研究では、水不足下での飼料品質形質の表現型変異の遺伝的基盤に着目した。本研究で同定されたSNPマーカーは、飼料の品質を維持しつつ、干ばつ耐性を強化したアルファルファの遺伝的改良のためのマーカー支援選択に役立つであろう。

CONCLUSIONS: This study addressed the genetic base of phenotypic variation of forage quality traits under water deficit. The SNP markers identified in this study will be useful in marker-assisted selection for the genetic improvement of alfalfa with enhanced drought tolerance while maintaining forage quality.