Identificação de QTLs para cor de raiz e conteúdo de carotenóides em populações F2 de cenoura laranja japonesa

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8063 (2022) Citar este artigo

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A cenoura é uma importante fonte de pró-vitamina A na dieta humana. Duas das características mais importantes para o melhoramento da cenoura são o conteúdo de carotenóides e a cor da raiz. Para examinar regiões genômicas relacionadas a essas características e desenvolver marcadores de DNA para o melhoramento de cenoura, realizamos uma análise de associação baseada em um modelo de liner geral usando polimorfismo de nucleotídeo único (SNPs) em todo o genoma em duas populações F2, ambas derivadas de cruzamentos de cenoura com raiz de laranja criado no Japão. A análise revelou 21 loci de características quantitativas (QTLs) significativos. Para validar a detecção dos QTLs, também realizamos uma análise de QTLs baseada em um mapeamento de intervalo composto dessas populações e detectamos 32 QTLs. Onze dos QTLs foram detectados pelas análises de associação e de QTL. A posição física de alguns QTLs sugeriu dois possíveis genes candidatos, um gene Orange (Or) para avaliação visual da cor, e o conteúdo de α e β-caroteno e um gene de licopeno β-ciclase (CYC-B) específico do cromoplasto para o β. Razão /α caroteno. Um marcador KASP desenvolvido no Or distinguiu uma diferença quantitativa de cor em uma linhagem diferente e relacionada. Os QTLs detectados e o marcador de DNA contribuirão para o melhoramento da cenoura e para a compreensão da biossíntese e acumulação de carotenóides em cenouras laranjas.

A cenoura (Daucus carota L.), importante fonte de carotenos provitamina A na dieta humana, é consumida mundialmente1. As cenouras acumulam carotenóides abundantes nas suas raízes principais, e pensa-se que estes carotenóides (que são responsáveis ​​pela pigmentação laranja nas raízes da cenoura) proporcionam benefícios à saúde2. Uma variedade de cores foi observada nas raízes principais da cenoura, incluindo laranja, branco, amarelo, vermelho e roxo. Análises de loci de características quantitativas (QTL) e estudos de associação para cor de raiz de cenoura e conteúdo de carotenóides foram realizados em diversas populações, e QTLs importantes e úteis foram relatados3,4,5,6. Esses estudos utilizaram populações derivadas de cruzamentos entre acessos apresentando cores de raízes claramente diferentes, como laranja e branco3,4,5 e laranja e laranja escuro4, e outros estudos utilizaram populações intercruzadas derivadas de cenouras brancas, amarelas, vermelhas e laranja6.

A biossíntese de carotenóides está bem estabelecida, e uma via de biossíntese de carotenóides altamente conservada foi caracterizada em muitas espécies de plantas (Fig. 1)7,8,9. Na cenoura, vários genes biossintéticos de carotenóides foram mapeados, e as sequências do genoma completo da cenoura liberadas mostraram genes ortólogos e homólogos envolvidos na via de biossíntese de carotenóides . Vários genes envolvidos na biossíntese e acumulação de carotenóides na cenoura também foram identificados. Um ortólogo da caroteno hidroxilase CYP97A3 na via de biossíntese de carotenóides foi identificado na cenoura; controla o α-caroteno, o conteúdo total de carotenóides e a relação α/β caroteno12. Um estudo de associação de genes candidatos da via de biossíntese de carotenóides revelou associações entre o conteúdo total de carotenóides e β-caroteno e os genes zeaxantina epoxidase (ZEP), fitoeno dessaturase (PDS) e carotenóide isomerase (CRTISO), entre o conteúdo de α-caroteno e os genes CRTISO e plastid terminal oxidase (PTOX), e entre componentes de cor e o gene ZEP6.

Vias de biossíntese de carotenóides. A via de biossíntese de carotenóides é mostrada em preto, com os genes da biossíntese de carotenóides indicados em azul. Figura compilada e resumida de Stanley et al.8 e Al-Babili et al.9. PSY, fitoeno sintase; PDS, fitoeno dessaturase; Z-ISO, ζ-caroteno isomerase; ZDS, ζ-caroteno dessaturase; CRTISO, caroteno isomerase; LCYE, licopeno ε-ciclase; LCYB, licopeno β-ciclase; CYP97A3, β-hidroxilase do tipo citocromo P450; CYP97C1, ε-hidroxilase do tipo citocromo P450; CYC-B, licopeno β-ciclase específico para cromoplastos; BCH, β-caroteno hidroxilase; ZEP, zeaxantina epoxidase; NSY, neoxantina sintase; CCS, capsantina-capsorubina sintase.