A influência da estrutura genética na diversidade fenotípica no pool genético da manga australiana (Mangifera indica)

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20614 (2022) Citar este artigo

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A seleção genômica é uma técnica de melhoramento promissora para culturas arbóreas para acelerar o desenvolvimento de novas cultivares. No entanto, fatores como a estrutura genética podem criar associações espúrias entre genótipo e fenótipo devido à história compartilhada entre populações com diferentes valores de características. A estrutura genética pode, portanto, reduzir a precisão do mapa de genótipo para fenótipo, um requisito fundamental dos modelos de seleção genômica. Aqui, empregamos 272 polimorfismos de nucleotídeo único de 208 acessos de Mangifera indica para explorar se a estrutura genética do pool genético da manga australiana explicava a variação na circunferência do tronco, cor e intensidade do rubor da fruta. Análises genéticas de populações múltiplas indicam a presença de quatro grupos genéticos e mostram que o grupo mais diferenciado geneticamente contém acessos importados do Sudeste Asiático (principalmente da Tailândia). Descobrimos que a estrutura genética foi fortemente associada a três características: circunferência do tronco, cor do fruto avermelhado e intensidade em M. indica. Isso sugere que a história desses acessos pode levar a associações espúrias entre loci e fenótipos-chave de manga no pool genético da manga australiana. A incorporação dessa estrutura genética em associações entre genótipo e fenótipo pode melhorar a precisão da seleção genômica, o que pode auxiliar no desenvolvimento futuro de novas cultivares.

As culturas arbóreas hortícolas são vitais para a produção sustentável de alimentos1 e para o uso ornamental e industrial. As culturas arbóreas podem ser cultivadas de forma mais sustentável ao longo do tempo do que as culturas anuais, ajudando assim a gerir o abastecimento de alimentos para uma população mundial crescente2. Para criar novas cultivares de frutíferas com maior produtividade e qualidade, devemos desenvolver tecnologias de melhoramento que superem as limitações biológicas de sua produção. Espécies tropicais, como a mangueira, geralmente são grandes e vigorosas3, levando a copas que rapidamente superam o espaço do pomar. Isso gera sombra, proporcionando um terreno fértil para doenças4. Para evitar os efeitos adversos do tamanho das árvores, as árvores são tradicionalmente plantadas em baixa densidade e fortemente podadas a cada ano4, levando a uma redução na produção total por hectare e a um aumento no custo por unidade produzida. Consequentemente, está em andamento uma busca para produzir árvores menores e menos vigorosas, mantendo altos rendimentos de frutas de qualidade5,6. Esses esforços produzirão manga que pode ser cultivada em pomares intensivos e de alta densidade que produzem mais frutas por hectare7.

O melhoramento tradicional de árvores é lento, pois as avaliações requerem uma avaliação do desempenho fenotípico em árvores maduras ao longo de muitos anos para contabilizar os efeitos de ambientes espaciais e temporais variáveis ​​na diversidade fenotípica. Essas avaliações, aliadas a uma longa fase juvenil (normalmente de 2 a 4 anos4), podem resultar em um processo de seleção de até ou mais de 10 anos a partir do plantio no campo8, inviabilizando o rápido desenvolvimento de novas cultivares. O tempo para o desenvolvimento da cultivar poderia ser reduzido ao prever o desempenho fenotípico futuro em indivíduos jovens usando seleção genômica, como demonstrado em maçãs9, cereja10 e morango11. A seleção genômica usa mapas de genótipo para fenótipo de uma população de treinamento para prever a variação fenotípica em populações não testadas usando dados de marcadores12,13. Assim, uma vez que um modelo de seleção genômica tenha sido criado, a duração e a despesa da fenotipagem de características-chave podem ser reduzidas. A seleção genômica para o tamanho da árvore e o vigor da progênie poderia, portanto, melhorar o processo de melhoramento e reduzir o custo do melhoramento da manga em comparação com as abordagens tradicionais de melhoramento.

A suposição primária da seleção genômica é que os marcadores genéticos estão intimamente ligados em um cromossomo com os loci causativos que contribuem para a característica de interesse14. Em geral, quanto mais próximo o marcador estiver dos loci causadores, mais preciso será o mapa de genótipo para fenótipo. No entanto, a estrutura genética pode criar associações estatísticas entre loci que não estão fisicamente ligados. Isso ocorre porque forças evolutivas como migração, deriva e mutação podem tornar as combinações alélicas entre loci não ligados mais comuns do que o esperado ao acaso15. A estrutura genética pode, portanto, criar associações espúrias entre marcadores e características genéticas. Além disso, a estrutura genética costuma prevalecer nas culturas modernas, particularmente aquelas que se deslocam pelo mundo por meio de migrações humanas, que provavelmente sofreram flutuações drásticas no tamanho da população e sofreram endogamia após cruzar indivíduos geneticamente relacionados com características favoráveis16.