A genome-wide association study to genetically dissect yield related traits in a diverse collection of spring barley landraces

Abstract

Die Ertragsverbesserung bei Gerste beinhaltet die Identifizierung und Mobilisierung neuer Allele aus lokal angepassten Sorten in Elitelinien. Zu diesem Zweck wurde eine Kollektion von 261 zweireihigen Sommergerste-Landsorten weltweiter Herkunft über zwei Jahre am IPK Gatersleben Feldversuchen unterzogen. Vierzehn agronomische Merkmale wurden vermessen und mit dem Ziel der Identifizierung neuer Ertrags- und ertragsbezogener QTL für eine genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) genutzt. Insgesamt wurden 331 Marker-Trait-Assoziationen (MTA) für alle 14 Merkmale identifiziert und in 79 QTL gruppiert, die das gesamte Gerstengenom überspannen. Die meisten identifizierten QTL stimmen mit genomischen Regionen von bekannten Gerstengenen überein, wie z.B. dem photoperiodischen Gen Ppd-H1 (2H), earliness per se (CENTRORADIALIS) (2H) und dem waxy Locus (7H). Zusätzlich zum Nud Locus (7H), der die Spelzen-Karyopsen-Adhäsion kontrolliert, wurde ein neuer QTL auf Chromosom 3H identifiziert, welcher spezifisch für "Nacktgerste" aus Europa und Asien ist.Die Ergebnisse bekräftigen die Bedeutung der derzeitigen Kollektion von Gerste-Landrassen für die Identifizierung von neuartigen QTL und könnten als Ausgangspunkt für die markergestützte Selektion (MAS) zur Ertragsverbesserungen dienen.

Yield improvement in barley involves the identification and mobilization of new alleles from locally adapted materials into elite germplasms. To achieve this, a collection of 261 two-rowed spring barley landraces of diverse origin were trialled for two years in IPK Gatersleben. Fourteen agronomic traits were measured with the purpose of identifying novel yield and yield-related QTL by using a genome-wide association study (GWAS) approach. In total, 331 marker-trait associations (MTA) were identified for all 14 traits and grouped into 79 QTL spanning the entire barley genome. Most identified QTL coincide with genomic regions of known barley genes, e.g. photoperiodic gene Ppd-H1 (2H), earliness per se (CENTRORADIALIS) (2H), and waxy (7H) locus. In addition to the Nud locus (7H), which controls hull-caryopsis adherence, a novel QTL was identified on chromosome 3H that is specific for naked barley from Europe and Asia. The results highlight the importance of the current panel of barley landraces for novel QTL identification and could serve as a starting point for marker-assisted selection (MAS) for yield improvements.