Identification de QTL pour la couleur des racines et la teneur en caroténoïdes dans les populations F2 de carottes orange du Japon

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8063 (2022) Citer cet article

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La carotte est une source majeure de provitamine A dans l’alimentation humaine. Deux des caractéristiques les plus importantes pour la sélection de carottes sont la teneur en caroténoïdes et la couleur des racines. Pour examiner les régions génomiques liées à ces caractères et développer des marqueurs ADN pour la sélection de carottes, nous avons effectué une analyse d'association basée sur un modèle de doublure général utilisant le polymorphisme nucléotidique unique (SNP) à l'échelle du génome dans deux populations F2, toutes deux dérivées de croisements de carottes à racine orange. élevé au Japon. L’analyse a révélé 21 loci de caractères quantitatifs (QTL) significatifs. Pour valider la détection des QTL, nous avons également effectué une analyse QTL basée sur une cartographie d'intervalle composite de ces populations et détecté 32 QTL. Onze des QTL ont été détectés par les analyses d'association et de QTL. La position physique de certains QTL suggère deux gènes candidats possibles, un gène Orange (Or) pour l'évaluation visuelle de la couleur, ainsi que les teneurs en α- et β-carotène et un gène de lycopène β-cyclase spécifique aux chromoplastes (CYC-B) pour le β. /α carotène. Un marqueur KASP développé sur l'Or a distingué une différence quantitative de couleur dans une lignée génétique différente et apparentée. Les QTL détectés et le marqueur ADN contribueront à la sélection de carottes et à la compréhension de la biosynthèse et de l'accumulation des caroténoïdes dans les carottes oranges.

La carotte (Daucus carota L.), source majeure de provitamine A carotènes dans l'alimentation humaine, est consommée dans le monde entier1. Les carottes accumulent des caroténoïdes abondants dans leurs racines pivotantes, et ces caroténoïdes (responsables de la pigmentation orange des racines de carotte) seraient bénéfiques pour la santé2. Une variété de couleurs a été observée dans les racines pivotantes des carottes, notamment l'orange, le blanc, le jaune, le rouge et le violet. Des analyses de loci de caractères quantitatifs (QTL) et des études d'association pour la couleur des racines des carottes et la teneur en caroténoïdes ont été réalisées dans plusieurs populations, et des QTL importants et utiles ont été rapportés3,4,5,6. Ces études ont utilisé des populations dérivées de croisements entre accessions montrant des couleurs de racines clairement différentes telles que l'orange et le blanc3,4,5 et l'orange et l'orange foncé4, et d'autres études ont utilisé des populations croisées dérivées de carottes blanches, jaunes, rouges et oranges6.

La biosynthèse des caroténoïdes est bien établie et une voie de biosynthèse des caroténoïdes hautement conservée a été caractérisée chez de nombreuses espèces végétales (Fig. 1)7,8,9. Chez la carotte, plusieurs gènes biosynthétiques des caroténoïdes ont été cartographiés3, et les séquences du génome entier de la carotte libérées ont montré des gènes orthologues et homologues impliqués dans la voie de biosynthèse des caroténoïdes10,11. Plusieurs gènes impliqués dans la biosynthèse et l’accumulation des caroténoïdes dans la carotte ont également été identifiés. Un orthologue de la carotène hydroxylase CYP97A3 dans la voie de biosynthèse des caroténoïdes a été identifié chez la carotte ; il contrôle l'α-carotène, la teneur totale en caroténoïdes et le rapport α/β carotène12. Une étude d'association de gènes candidats de la voie de biosynthèse des caroténoïdes a révélé des associations entre la teneur totale en caroténoïde et en β-carotène et les gènes zéaxanthine époxydase (ZEP), phytoène désaturase (PDS) et caroténoïde isomérase (CRTISO), entre la teneur en α-carotène et les gènes CRTISO et plastid terminal oxydase (PTOX), et entre les composants de couleur et le gène ZEP6.

Voies de biosynthèse des caroténoïdes. La voie de biosynthèse des caroténoïdes est représentée en noir, les gènes de biosynthèse des caroténoïdes étant indiqués en bleu. Figure compilée et résumée à partir de Stanley et al.8 et Al-Babili et al.9. PSY, phytoène synthase ; PDS, phytoène désaturase ; Z-ISO, ζ-carotène isomérase ; ZDS, ζ-carotène désaturase ; CRTISO, carotène isomérase ; LCYE, lycopène ε-cyclase ; LCYB, lycopène β-cyclase ; CYP97A3, β-hydroxylase de type cytochrome P450 ; CYP97C1, ε-hydroxylase de type cytochrome P450 ; CYC-B, lycopène β-cyclase spécifique des chromoplastes ; BCH, β-carotène hydroxylase; ZEP, zéaxanthine époxydase ; NSY, néoxanthine synthase; CCS, capsanthine-capsorubine synthase.