GENETIC DISSECTION OF PLANT ARCHITECTURE TRAITS IN HORDEUM VULGARE (BARLEY)
L’allettamento è una delle principali minacce che affliggono la produzione di orzo (Hordeum vulgare spp. vulgare) causando la caduta della pianta a causa di pioggia, vento e peso della pianta stessa. Dalla Rivoluzione Verde, i breeder hanno minimizzato il carico delle suddette forze riducendo il centro di gravità delle piante sviluppando delle varietà semidwarf. Tuttavia, questo approccio ha raggiunto il potenziale massimo. Come srategia alternativa per sviluppare varietà resistenti è stato proposto di migliorare la forza del culmo attraverso la manipolazione della sua morfologia, purtroppo, le informazioni sui meccanismi genetici che regolano questo carattere rimangono limitate. Questo progetto di PhD ha l’obbiettivo di aumentare le conoscenze sull’argomento attraverso l’uso di tre distinti approcci. In primo luogo, è stato condotto un approccio di genetica forward per identificare geni candidati associati con la morfologia del culmo in una linea mutante esastica appartenente alla famiglia TILLMore chiamata TM3325, precedentemente classificata come culmo largo dal nostro gruppo. Per prevenire effetti pleiotropici dovuti dalla struttura della spiga, la linea TM3325 è stata incrociata con il suo background Morex e una linea isogenica (NIL) esastica di Bowman chiamata BW898. I dati di sequenziamento dell’intero genoma sono stati raccolti per le tre linee precedentemente descritte. Tre bulk di DNA raccolto da pianti con fenotipi contrastanti sono stati preparati per condurre una bulk segregant analyisis (BSA). Date la differenze osservate tra la linea TM3325 e Morex, sono stati considerati in questa analisi i fenotipi altezza della pianta a lunghezza della spiga per la popolazione F2 proveniente da Morex ed infine il diametro esterno del secondo internodo per entrambe le popolazioni F2. I risultati ottenuti dalla BSA tra le due popolazioni mostrano segnali univoci ai cromosomi 4H e 5H che sono stati osseravti per il diametro del culmo, 6H per la lunghezza della spiga ed infine 4H per l’altezza della pianta. Questi risultati inoltre suggeriscono la presenza di un gene al cromosoma 2H (HORVU.MOREX.r3.2HG0180320) coinvolto con tutti e tre i caratteri analizzati. Questo gene è un ortologo di AtCLASP descritto in Arabidopsis il quale codifica per una proteina associata ai microtubuli coinvolta con la regolazione della morfologia di alcuni organi della pianta. Successivamente, una variante allelica naturale del gene con effetti sulla morfologia del culmo è stata osservata attraverso un haplotype analysis condotta su un germoplasma di orzo primaverile da malto studiato da Bretani et al. (2022), precisamente nella sottopopolazione di varietà esastiche. In contemporanea, è stato caratterizzato l’ortologo del gene SMOS1 in orzo, la cui funzione nella regolazione della morfologia del culmo è stata descritta in riso ed è anche stato utilizzato nel miglioramento genetico per lo sviluppo di linee resistenti all’allettamento sempre in riso. A questo scopo, una haplotype analyisis è stata condotta usando la popolazione descritta precedentemente e in parallelo, quattro linee TILLING provenienti dalla popolazione HorTILLUS sono state identificate e caratterizzate in serra. Infine, il dataset analizzato da Bretani et al. (2022) è stato utilizzato per esplorare la possibilità di applicare la genomic prediction per predire il carattere section modulus, il quale indica la forza del culmo considerando la sua morfologia. Sono stati testati vari modelli considerando: eventuale struttura di popolazione causata dalla presenza di varietà distiche ed esastiche, differenti sottocampioni di marcatori e l’utilizzo di marcatori significativi in GWAS come effetti fissi nel modello. Il modello con predictive ability più alta ha considerato tutte le varietà distiche ed esastiche, 100 marcatori e sono stati integrati gli effetti fissi. L’esclusione delle varietà esastiche ha causato una riduzione della predictive ability a 0.54 con 5000 marcatori, questo è un idice della presenza di struttura di popolazione. Infine, includendo le varietà esastiche insieme alle distiche nel training set ha migliorato la predictive ability a 0.59 predicendo le varietà distiche.
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