[論文レビュー] Response of Different Tomato Accessions to Biotic and Abiotic Stresses

Kamaran Salh Rasul, Nawroz Abdul-razzak Tahir|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2024

Leaf Properties and Growth MeasurementAgricultural and Biological Sciences被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、イラン・クルドスタン地域の64株のトマト系統を対象に、形態的特徴および3種類の分子マーカー系（ISSR、SCoT、CDDP）を用いて遺伝的多様性と集団構造を評価した。マーカー間で高い多様性が確認され、形態的変異が顕著で、2つの明確な遺伝的集団が特定された。本研究は、耐ストレス性・高収量性・果実品質の向上を目的とした育成に貴重な遺伝資源を提供する。

ABSTRACT

Accessions are prospective sources of genetic variability, as well as valuable genetic resources to deal with present and future crop breeding difficulties. The assessment of population structure and genetic diversity of tomatoes (Solanum lycopersicum L.) that have been distributed in Iraqi Kurdistan region critical in breeding programs for the production of high-yielding cultivars as well as widening the genetic base of tomato. Using fruit quality indices and molecular markers, a panel of 64 tomato accessions taken from six provinces of Iraqi Kurdistan Region, were analyzed for genetic diversity and population structure. In the analysis of variance, the fruit phenotypic data revealed a high level of significant variability among tomato accessions. The most important characteristics for explaining fruit morphological variability, according to principal component analysis (PCA), were fruit weight, fruit size, fruit diameter, total soluble solids, and moisture content. Seven clades with different fruit characteristics were revealed in the cluster analysis. Genetic diversity and relationships among accessions were analyzed using thirteen inter simple sequence repeat (ISSR), twenty-six start codon-targeted (SCoT) polymorphisms, and fifteen conserved DNA-derived polymorphisms (CDDP). The ISSR, SCoT, and CDDP markers generated 121, 294, and 170 polymorphic bands, respectively, showing a high prevalence of polymorphism. The average polymorphism information content (PIC) values for ISSR, SCoT, and CDDP were 0.81, 0.84, and 0.84, respectively. The accessions were divided into two groups based on the cluster and STRUCTURE analysis results. The Mantel test revealed that three sets of markers had positive and significant relationships.

研究の動機と目的

• イラク・クルドスタン地域のトマト系統における遺伝的多様性および集団構造を評価し、育成プログラムを支援すること。
• 系統間の形態的変動に寄与する主要な果実品質および形態的特徴を同定すること。
• ISSR、SCoT、CDDPマーカーの遺伝的多様性および遺伝的関係の検出における有効性を評価すること。
• 未利用の系統を活用することでトマトの遺伝的ベースを拡大する基盤を構築すること。
• 今後の作物改良に向けた耐ストレス性および果実品質の遺伝的構造に関する知見を提供すること。

提案手法

• イラク・クルドスタン地域の6つの州から64株のトマト系統を収集し、形態的および分子的解析を実施した。
• 果実重量、直径、全可溶性固形物、水分含量、サイズなどの果実品質インデックスを形態的データを用いて測定した。
• 主成分分析（PCA）を実施し、形態的変動を説明する主な特徴を同定した。
• クラスタリング解析を実施し、果実特性に基づいて系統をグループ化した。その結果、7つの明確なクラスターが得られた。
• 遺伝的多様性を評価するために、3種類の分子マーカー系（ISSR：13マーカー、SCoT：26マーカー、CDDP：15マーカー）を用いた。
• 遺伝的関係およびマーカー群間の相関を評価するために、STRUCTUREおよびUPGMAベースのクラスタリングに加え、Mantel検定を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの果実形態的および品質特徴がトマト系統間の形態的変動に最も顕著に寄与するか？
• RQ2 分子マーカーを用いた場合、イラク・クルドスタン地域の64株のトマト系統はどの程度の遺伝的多様性を示すか？
• RQ3 トマト系統の集団構造は何か？また、遺伝的および形態的データに基づいてどのようにクラスタリングされるか？
• RQ4 ISSR、SCoT、CDDPマーカーは、遺伝的変異の検出においてどの程度相関しているか？
• RQ5 これらの系統は、耐ストレス性および高収量性のトマト品種の育成に、どの程度の遺伝資源としての可能性を有するか？

主な発見

• 形態的解析により、特に果実重量、サイズ、直径、全可溶性固形物、水分含量において、トマト系統間に顕著な変異が確認された。
• 主成分分析により、果実重量、果実サイズ、直径、全可溶性固形物、水分含量が形態的変動を説明する上で最も重要な特徴であると同定された。
• クラスタリング解析により、果実特性に基づいて7つの明確なクラスターに系統がグループ化された。これは顕著な形態的多様性を示している。
• ISSR、SCoT、CDDPマーカーは、それぞれ121、294、170本の多様性を持つバンドを生成し、パネル全体で高い遺伝的多様性が確認された。
• 平均多様性情報含量（PIC）値は、ISSRで0.81、SCoTで0.84、CDDPで0.84であり、マーカーの高い情報量を裏付けた。
• STRUCTUREおよびクラスタリング解析により、系統は2つの主要な遺伝的集団に分類された。また、Mantel検定により、3つのマーカー群の間で有意な正の相関が確認された。