Identificación de QTL para el color de la raíz y el contenido de carotenoides en poblaciones F2 de zanahoria naranja japonesa

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 8063 (2022) Citar este artículo

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La zanahoria es una fuente importante de provitamina A en la dieta humana. Dos de las características más importantes para el mejoramiento de las zanahorias son el contenido de carotenoides y el color de la raíz. Para examinar las regiones genómicas relacionadas con estos rasgos y desarrollar marcadores de ADN para el mejoramiento de zanahorias, realizamos un análisis de asociación basado en un modelo de línea general utilizando polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) en todo el genoma en dos poblaciones F2, ambas derivadas de cruces de zanahorias de raíz de naranja. criado en Japón. El análisis reveló 21 loci de rasgos cuantitativos (QTL) significativos. Para validar la detección de QTL, también realizamos un análisis de QTL basado en un mapeo de intervalo compuesto de estas poblaciones y detectamos 32 QTL. Once de los QTL fueron detectados tanto por el análisis de asociación como por el de QTL. La posición física de algunos QTL sugirió dos posibles genes candidatos, un gen naranja (Or) para la evaluación visual del color, y los contenidos de α y β-caroteno y un gen de licopeno β-ciclasa (CYC-B) específico de cromoplasto para el gen β. Relación /α caroteno. Un marcador KASP desarrollado en Or distinguió una diferencia de color cuantitativa en una línea genética diferente y relacionada. Los QTL detectados y el marcador de ADN contribuirán al mejoramiento de las zanahorias y a la comprensión de la biosíntesis y acumulación de carotenoides en las zanahorias naranjas.

La zanahoria (Daucus carota L.), una fuente importante de carotenos provitamina A en la dieta humana, se consume en todo el mundo1. Las zanahorias acumulan abundantes carotenoides en sus raíces principales, y se cree que estos carotenoides (que son responsables de la pigmentación anaranjada en las raíces de la zanahoria) brindan beneficios para la salud2. Se ha observado una variedad de colores en las raíces principales de las zanahorias, incluidos naranja, blanco, amarillo, rojo y morado. En varias poblaciones se han realizado análisis de loci de rasgos cuantitativos (QTL) y estudios de asociación para el color de la raíz de las zanahorias y el contenido de carotenoides, y se han informado QTL importantes y útiles3,4,5,6. Estos estudios utilizaron poblaciones derivadas de cruces entre accesiones que mostraban colores de raíces claramente diferentes, como naranja y blanco3,4,5 y naranja y naranja oscuro4, y otros estudios utilizaron poblaciones cruzadas derivadas de zanahorias blancas, amarillas, rojas y naranjas6.

La biosíntesis de carotenoides está bien establecida y en muchas especies de plantas se ha caracterizado una vía de biosíntesis de carotenoides altamente conservada (Fig. 1)7,8,9. En la zanahoria, se han mapeado varios genes biosintéticos de carotenoides3, y las secuencias del genoma completo de la zanahoria liberadas mostraron genes ortólogos y homólogos involucrados en la vía de biosíntesis de carotenoides10,11. También se han identificado varios genes implicados en la biosíntesis y acumulación de carotenoides en la zanahoria. Se ha identificado en la zanahoria un ortólogo de la caroteno hidroxilasa CYP97A3 en la vía de biosíntesis de carotenoides; controla el α-caroteno, el contenido total de carotenoides y la relación α/β caroteno12. Un estudio de asociación de genes candidatos de la vía de biosíntesis de carotenoides reveló asociaciones entre el contenido total de carotenoides y β-caroteno y los genes zeaxantina epoxidasa (ZEP), fitoeno desaturasa (PDS) y carotenoide isomerasa (CRTISO), entre el contenido de α-caroteno y los genes CRTISO y la oxidasa terminal del plastidio (PTOX), y entre los componentes del color y el gen ZEP6.

Vías de biosíntesis de carotenoides. La vía de biosíntesis de carotenoides se muestra en negro, con los genes de biosíntesis de carotenoides indicados en azul. Figura compilada y resumida de Stanley et al.8 y Al-Babili et al.9. PSY, fitoeno sintasa; PDS, fitoeno desaturasa; Z-ISO, ζ-caroteno isomerasa; ZDS, ζ-caroteno desaturasa; CRTISO, caroteno isomerasa; LCYE, licopeno ε-ciclasa; LCYB, licopeno β-ciclasa; CYP97A3, β-hidroxilasa de tipo citocromo P450; CYP97C1, ε-hidroxilasa de tipo citocromo P450; CYC-B, licopeno β-ciclasa específica de cromoplasto; BCH, β-caroteno hidroxilasa; ZEP, zeaxantina epoxidasa; NSY, neoxantina sintasa; CCS, capsantina-capsorrubina sintasa.

También se informó que no sólo los genes en la ruta de biosíntesis de carotenoides, sino también los genes que tienen otras funciones afectan considerablemente el contenido de carotenoides. Los loci Y e Y2 representan la mayoría de las diferencias de color de las raíces de zanahorias anaranjadas, amarillas y blancas13. Se ha identificado el gen Y, y se ha planteado la hipótesis de que este gen regula el desarrollo del fotosistema y los procesos funcionales, incluida la fotomorfogénesis y la desetiolación de las raíces10. El locus Y2 se ha asignado a aprox. región genómica de 650 kb; Además, no se localizó ningún gen anotado implicado en la vía de biosíntesis de carotenoides dentro de la región candidata14. Un gen Naranja (Or), que se identificó por primera vez en la coliflor y explicaba una acumulación anormalmente elevada de β-caroteno15, se identificó en la zanahoria y está asociado con la presencia de carotenoide en la zanahoria16. Sin embargo, los genes, polimorfismos y QTL involucrados en la biosíntesis de carotenoides y la acumulación de carotenoides que causan diferencias cuantitativas en el color de las raíces y los carotenoides no se comprenden completamente, especialmente en las zanahorias naranjas.

En Japón, los consumidores prefieren un color de raíz naranja brillante para las zanahorias, y es popular un cultivar que muestra colores de raíz uniformes. Hay accesiones que muestran diferencias cuantitativas de color en raíces de color naranja brillante, y los obtentores en Japón han seleccionado el mejor color "naranja brillante" y uniforme entre las accesiones que tienen raíces de color naranja brillante. Por lo tanto, en el cultivo de zanahorias japonesas se han buscado marcadores de ADN que puedan usarse para distinguir diferencias cuantitativas dentro del color naranja brillante. Con este objetivo, no se han realizado estudios que utilicen poblaciones derivadas de un cruce entre zanahorias de raíz anaranjada con diferencias de color cuantitativas, pero la reciente publicación de secuencias del genoma completo de la zanahoria ha facilitado el análisis de las constituciones del genoma completo con una alta densidad de marcadores, incluso en las poblaciones derivadas de zanahorias naranjas genéticamente cercanas10,11.

En el presente estudio, desarrollamos dos poblaciones F2 que tienen un padre común. Ambas poblaciones se derivaron de cruces entre padres de raíz de naranja. Realizamos análisis de asociación y QTL para detectar QTL que causan diferencias cuantitativas pero importantes en el color de la raíz y el contenido de carotenoides en zanahorias con color de raíz naranja.

Desarrollamos dos poblaciones F2 (A y B) utilizando plantas de zanahoria de color naranja obtenidas por una empresa de semillas japonesa, Fujii Seed (Osaka, Japón). La población A se derivó de un cruce entre Fs001 y Fs002, y la población B se derivó de un cruce entre Fs002 y Fs003 (Fig. 2). Fs002 fue el progenitor de polen para la población F2 A y el progenitor de semillas para la población F2 B. Se cultivaron plantas de las poblaciones F2 A (n = 146) y B (n = 136) desde mediados de febrero hasta principios de junio de 2018 en un campo natural en Narashino, Chiba, Japón, y se utiliza para la extracción de ADN y la evaluación visual de los colores de las raíces. Las raíces de la población A también se utilizaron para la cuantificación del contenido de carotenoides mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y la medición de los componentes del color.

Imágenes de linaje de los materiales vegetales, poblaciones F2 A y B, y línea de reproducción C. Se utilizó Fs002 como material de reproducción común.

Para examinar un marcador de ADN desarrollado en el gen Or, también utilizamos la línea de reproducción C, que fue creada por Fujii Seed. Esta línea se desarrolló utilizando Fs002 como uno de los materiales de reproducción (Fig. 2). La línea de mejoramiento C se cultivó desde finales de marzo hasta principios de julio de 2017 en un campo natural en Oirase, Aomori, Japón, y se utilizaron 40 plantas para la extracción de ADN y la evaluación visual de los colores de las raíces.

La investigación experimental y los estudios de campo sobre materiales vegetales cumplen con las directrices y la legislación institucionales, nacionales e internacionales pertinentes.

La evaluación visual de los colores de las raíces fue realizada por dos obtentores experimentados de Fujii Seed. Los colores de las raíces se evaluaron visualmente hasta diez grados de oscuridad anaranjada en la población F2 A, y hasta siete grados en la población F2 B, y hasta tres grados en la línea de mejoramiento C. En la población F2 A, los componentes de color (L*, a* y b*) se midieron con un espectrocolorímetro (modelo CM2600d, Minolta, Tokio) equipado con un área de medición de 5 mm. Los componentes de color L*, a* y b* son componentes del espacio de color CIELAB (también conocido como CIE L*a*b*). El componente de color L* representa la luminosidad perceptual y define el negro como 0 y el blanco como 100. El componente de color a* representa los colores oponentes verde-rojo, con valores negativos hacia el verde y valores positivos hacia el rojo. El componente de color b* representa a los oponentes azul-amarillo, con valores negativos hacia el azul y positivos hacia el amarillo. La superficie de la parte media de la raíz de zanahoria lavada se midió tres veces y los valores promedio se utilizaron para los datos fenotípicos.

Superficie de la raíz de zanahoria, es decir, aprox. Se cortaron y recogieron de 1 a 2 mm de epidermis y floema externo en el medio de las raíces. Las muestras recolectadas se congelaron inmediatamente en nitrógeno líquido y se almacenaron a -80 °C. Para la HPLC se utilizó la epidermis de la raíz y el floema externo porque las evaluaciones de los componentes visuales y de color se realizaron en la superficie de la raíz de la zanahoria. La extracción para HPLC se realizó como se describe6 con una reducción de escala y algunas modificaciones. Las muestras congeladas se trituraron hasta obtener un estado de polvo con un control de molino de tubos (S001, IKA, Staufen, Alemania). La extracción se realizó en aprox. 50 mg (50 mg ± 5%) de material congelado triturado al que primero se le añadieron 50 µL de b-apo-8'-carotenal a 5 µg/mL como estándar interno. Las muestras se mezclaron con 600 µl de MgCO3 al 0,57 %, 3,5-di-terc-butil-4-hidroxitolueno (BHT) al 0,1 % en metanol, luego se agitaron y se mezclaron con 600 µl de cloroformo que contenía BHT al 0,1 %. Después de 10 veces de mezcla vertical e incubación durante 15 min en oscuridad a 4 °C, se agregaron 600 µL de agua ultrapura y las muestras se centrifugaron a 236 g durante 10 min. A continuación, se concentraron 400 µl de la capa inferior mediante evaporación al vacío y el extracto seco se disolvió en 50 µl de acetona que contenía BHT al 0,1%. Las muestras se mantuvieron a 4 °C y protegidas de la luz directa durante todo el procedimiento.

La cuantificación de carotenoides se realizó en un sistema HPLC Ultimate 3000 acoplado con un detector de matriz de diodos (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, EE. UU.) según las instrucciones del fabricante con ligeras modificaciones. Los carotenoides se separaron en una columna Acclaim C30 (150 x 2,1 mm, 3 µm, Thermo Fisher Scientific). Las fases móviles fueron acetonitrilo como eluyente A, metanol/éter acético (1:1, v/v) como eluyente B y ácido fórmico 10 mM (pH 3,0) como eluyente C. El programa de elución fue el siguiente: las proporciones de disolvente A, B y C eran 85% A, 14,5% B y 0,5% C entre 0 y 2 min; 85%–44,5% A, 14,5%–55% B y 0,5% C a los 2–7 min; 44,5% A, 55% B y 0,5% C entre 7 y 21 min; y volvió a las condiciones iniciales (85% A, 14,5% B y 0,5% C) entre 21,1 y 28,5 min. El caudal fue de 0,4 ml/min. El volumen de inyección de la muestra filtrada mediante un filtro de membrana de PTFE de 0,22 µm fue de 3,9 µl. Los analitos se detectaron mediante un detector de matriz de fotodiodos a 450 nm. Los datos se analizaron utilizando el software Chromeleon 7 (Thermo Fisher Scientific) según la calibración interna utilizando b-apo-8'-carotenal y el rendimiento de la extracción.

Se extrajo ADN genómico total de hojas jóvenes de plantas de zanahoria con el mini kit DNeasy Plant (Qiagen, Hilden, Alemania). Se realizó un análisis de secuenciación de ADN asociado al sitio de restricción de doble digestión (ddRAD-seq) como se describe17 con las enzimas de restricción PstI y MspI. Las bibliotecas ddRAD-seq se construyeron y secuenciaron en una plataforma HiSeq 4000 (Illumina, San Diego, CA) en modo de 101 nucleótidos (nt) de extremos emparejados como se describe17. El procesamiento de datos primarios, como la eliminación de bases de baja calidad y el recorte de adaptadores, el mapeo del genoma de referencia y el filtrado de polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) para obtener SNP de alta confianza, se realizaron como se describe con algunas modificaciones18. En resumen, se eliminaron las secuencias de baja calidad y se recortaron los adaptadores usando PRINSEQ (ver. 0.20.4)19 y fastx_clipper en FASTX-Toolkit (ver. 0.0.13) (http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit) . Las lecturas filtradas se mapearon en el genoma de la zanahoria Daucus carota v2.010 con Bowtie 2 (ver. 2.1.0; parámetros: –minins 100 –no mezclado)20. Los archivos de formato de mapa/alineación de secuencia resultantes (SAM) se convirtieron a archivos de formato de mapa/alineación de secuencia binaria (BAM) y se sometieron a llamadas SNP utilizando la opción de compilación de SAMtools (ver. 0.1.19; parámetros: predeterminado)21 para producir un Archivo de formato de llamada variante (VCF) que incluye información SNP. Los archivos VCF se filtraron con VCFtools (ver. 0.1.14)22. Los parámetros para VCFtools fueron los siguientes: –maf 0,05 –max-alelos 2 –min-alelos 2 –minDP 5 –minQ 999 –maxmissing 0,95 –remove-indels.

Para el análisis de asociación, detectamos QTL basados en un modelo lineal general (GLM) mediante el uso de análisis de rasgos por asociación, evolución y vinculación (TASSEL) ver. 5.2.4023. Los umbrales para la asociación se establecieron en 1,6 × 10−5 (= 0,05/3159) y 2,6 × 10−5 (= 0,05/1901) a un nivel de significancia del 5% después de la corrección de Bonferroni en las poblaciones F2 A y B, respectivamente.

Los mapas de enlace para el análisis QTL se construyeron utilizando Lep-MAP324 a partir de archivos VCF filtrados. Se utilizó un módulo de filtrado para el filtrado de calidad del marcador establecido como dataTolerance = 0,001 para excluir marcadores distorsionados por segregación. El módulo de cromosomas separados se configuró como lodLimit = 8 para la población F2 A y lodLimid = 20 para la población F2 B después de los módulos Join Singles y Order Markers establecidos como informativoMask = 123 y sexAverged = 1. Los análisis de QTL se realizaron utilizando el mapeo de intervalos compuestos implementado por Programa Zmapqtl (modelo 6) proporcionado en la ver. 2.5 de Windows QTL Cartographer25. Se utilizaron valores de umbral de todo el genoma (α = 0,05) para detectar QTL putativos en función de los resultados de 1000 permutaciones.

Para la comparación de las secuencias genómicas de posibles genes candidatos entre plantas parentales en las poblaciones F2 A y B, realizamos la secuenciación de Sanger desde el codón de inicio hasta el codón de parada en los genes. Los cebadores utilizados en la secuenciación de Sanger se enumeran en la Tabla complementaria S1.

El marcador KASP, que genotipa un SNP en el gen Or en este estudio, se desarrolló y realizó de acuerdo con las instrucciones del fabricante (Biosearch Technologies, Novato, CA).

Se obtuvieron las secuencias de LCYE, LCYB, CYC-B, NSY y CCS en varias especies de plantas reportadas como Solanum lycopersicum, Carica papaya, Citrus sinensis, Capsicum annuum y Lillium lancifolium26,27,28,29, Arabidopsis7 y zanahoria30. de las bases de datos públicas NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) y Phytozome (https://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html#). Usamos CLUSTALW31 para alinear las secuencias de aminoácidos y construimos el árbol filogenético utilizando el método de unión de vecinos proporcionado por MEGA X33.

Las poblaciones F2 A y B mostraron una distribución normal en todas las evaluaciones del color de la raíz (Supl. Fig. S1), lo que sugiere una herencia poligénica en el color de la raíz de la zanahoria. El análisis ddRAD-seq detectó 3159 y 1901 SNP de alta confianza en las poblaciones F2 A y B, respectivamente. Las asociaciones se investigaron utilizando estos datos genotípicos y valores de la evaluación visual y evaluaciones de los componentes de color y contenidos de caroteno en las raíces de zanahoria. En la población F2 A, se detectaron asociaciones significativas para la evaluación visual del color de la raíz (Fig. 3a); componentes de color a* (Fig. 3c) y b* (Fig. 3d); Contenido de α-caroteno (Fig. 3e), β-caroteno (Fig. 3f) y luteína (Fig. 3g); y la relación β/α-caroteno (Fig. 3h) en la raíz (Tabla 1). No se detectaron asociaciones significativas para el componente de color L* (Fig. 3b).

Gráficos de Manhattan para el color de la raíz principal de zanahoria en la población F2 A. Gráficos para la evaluación visual (a), L* (b), a* (c), b* (d), contenido de α-caroteno (e), contenido de β-caroteno (f), contenido de luteína (g) y relación β/α-caroteno (h). La línea horizontal indica la corrección de Bonferroni (0,05).

Las asociaciones para la evaluación visual, los componentes de color a* y b*, y los contenidos de α y β-caroteno en el cromosoma 1 se detectaron en posiciones físicas cercanas, y las asociaciones más altas se detectaron en una posición física de alrededor de 31 Mb (Fig. 3, Tabla 1), lo que sugiere que estas asociaciones son causadas por un QTL idéntico. Las posiciones físicas de las asociaciones para los contenidos de α y β-caroteno en el cromosoma 3 estaban cercanas, y las asociaciones más altas se detectaron en una posición física de alrededor de 6 Mb (Fig. 3, Tabla 1). Una asociación detectada en la población B para la evaluación visual del color en el cromosoma 3 mostró la asociación más alta en la posición física de 5,4 Mb, y esta posición física fue similar a las asociaciones detectadas en la población A para los contenidos de α y β caroteno (Fig. 3). , 4, Tabla 1). Estos resultados sugieren que las asociaciones serían causadas por un QTL idéntico. Curiosamente, la asociación detectada en el cromosoma 5 (que muestra la asociación más alta para la evaluación visual en la población A F2) no se detectó en ninguna otra evaluación (Fig. 3, Tabla 1).

Gráficos de Manhattan para el color de la raíz principal de la zanahoria en la población F2 B. Gráficos para la evaluación visual del color de la raíz de la zanahoria. Línea horizontal: corrección de Bonferroni (0,05).

Para examinar la validez de los QTL detectados mediante el análisis de asociación, también realizamos un análisis de QTL para construir mapas de vinculación. La distorsión de la segregación de marcadores en las dos poblaciones F2 se examinó mediante la prueba de Chi cuadrado frente a la proporción esperada de 1:2:1. En las poblaciones A y B, 2370 marcadores de un total de 3159 marcadores y 1442 marcadores de un total de 1901 marcadores se segregaron en una proporción de 1:2:1 (P <0,01), respectivamente. Por lo tanto, analizamos estas dos poblaciones como generaciones F2. Con el uso de Lep-MAP324, con marcadores distorsionados por segregación excluidos por el módulo de filtrado y marcadores no agrupados, se mapearon 2.481 marcadores en nueve cromosomas de zanahoria en la población A F2, y se mapearon 1.586 marcadores en siete cromosomas de zanahoria y cuatro grupos de enlace en Población B F2 (Tablas complementarias S2 a S4, Figuras complementarias S2, S3).

El análisis de QTL detectó 31 QTL para todos los rasgos examinados en la población A F2 (Tabla 2, Figura complementaria S4). Según la posición física del marcador más cercano, se detectaron 11 QTL en las regiones correspondientes a los resultados del análisis de asociación (dentro de 2 Mb) (Tabla 2). Se detectó el QTL en una posición física de alrededor de 31 Mb en el cromosoma 1 para la evaluación visual, los componentes de color a* y b*, y los contenidos de α y β-caroteno. Este QTL también se detectó mediante el análisis de asociación para los mismos rasgos (Tabla 1, Fig. 3).

Curiosamente, un efecto aditivo del alelo Fs001 mostró el efecto opuesto en una evaluación visual frente a los componentes de color a* y b* y los contenidos de α y β-caroteno. El QTL en una posición física de alrededor de 4,8 Mb en el cromosoma 3 se detectó para contenidos de α y β caroteno, y este QTL también se detectó mediante el análisis de asociación. En el análisis de QTL, también se detectó un QTL para el componente de color a* en una posición física que es similar al QTL para los contenidos de α y β-caroteno en el cromosoma 3, y este QTL no se detectó mediante el análisis de asociación. El análisis de asociación también detectó un QTL para la evaluación visual en el cromosoma 5, QTL para el contenido de luteína en los cromosomas 5 y 6, y un QTL para la relación β/α-caroteno en el cromosoma 6. Se detectó un QTL detectado en 6,7 Mb en el cromosoma 3 para la evaluación visual, el componente de color L* y el contenido de luteína. Se detectó un QTL detectado en 13,2 Mb en el cromosoma 7 para los componentes de color a* y b*. En comparación con el análisis de asociación, el análisis de QTL detectó más QTL menores.

En la población B F2, solo se detectó un QTL para evaluación visual en la posición física 5,4 Mb en el cromosoma 3. Este QTL también se detectó mediante el análisis de asociación. La posición física del marcador más cercano de este QTL en el análisis de QTL correspondió a la posición del pico en el análisis asociado (Tablas 1, 2, Fig. 4, Supl. Fig. S5).

La correlación de Pearson entre cada fenotipo mostró que tres componentes de color, es decir, L*, a* y b*, el contenido de α-caroteno y el contenido de β-caroteno estaban altamente correlacionados (Tabla complementaria S5). El contenido de luteína estuvo ligeramente correlacionado con L*, a* y b* y altamente correlacionado con el contenido de α-caroteno. Como la luteína se biosintetiza aguas abajo del α-caroteno (Fig. 1), esta alta correlación entre luteína y α-caroteno es consistente con la vía de biosíntesis. La evaluación visual no estuvo altamente correlacionada con ningún otro fenotipo.

Examinamos los efectos alélicos de los QTL en los cromosomas 1 y 3 detectados mediante los análisis de asociación y QTL para los contenidos de α y β-caroteno. En la mediana, las zanahorias con el alelo AA en el SNP que mostraban la asociación más alta para el α-caroteno (DCARV2_CHR1_30704558) tenían aprox. Contenidos 1,5 veces mayores de α y β-caroteno que aquellos con el alelo GG (Supl. Fig. S6a, b). De manera similar, en la mediana, las zanahorias con el alelo GG en el SNP que muestran la asociación más alta para el α-caroteno (DCARV2_CHR3_5849853) tenían aprox. Contenidos 1,3 veces mayores de α-caroteno y aprox. Contenidos de β-caroteno 1,2 veces mayores en comparación con aquellos con alelo AA (Supl. Fig. S6c, d). No se observó una interacción genética clara, como la epistasis, entre los QTL detectados en los cromosomas 1 y 3 (Supl. Fig. S7). Junto con los dos QTL detectados en los cromosomas 1 y 3, en la mediana, las zanahorias que tenían alelos que mostraban un mayor contenido de carotenoides en ambos QTL también tenían aprox. α-caroteno 2,6 veces mayor y aprox. Contenidos de β-caroteno 1,8 veces mayores en la epidermis y el floema externo de la raíz principal de la zanahoria en comparación con aquellos con alelos que muestran contenidos de carotenoides más bajos en ambos QTL (Supl. Fig. S7).

Los análisis de asociación y QTL detectaron un QTL para la evaluación visual, los componentes de color a* y b*, y contenidos de α y β-caroteno en alrededor de 31 Mb en el cromosoma 1 (Tablas 1, 2, Fig. 3, Supl. Fig. S4). ). Para explorar el gen candidato de este QTL, enumeramos los genes predichos dentro del intervalo de confianza (reducción de 2 LOD en cada lado) de la posición física que se superpone a cinco rasgos (de 30.090.002 a 31.630.475 pb) en la Tabla complementaria S6. Dentro del intervalo de confianza, se predijeron 144 genes. Entre ellos, DCAR_002576 que codifica un factor de ensamblaje/estabilidad del fotosistema II, el cloroplasto (HCF136), se encuentra en 30,8 Mb. Tiene una función similar a la de un gen Y previamente informado, que está involucrado en la mayor parte de la diferencia de color de la raíz de la zanahoria (blanco, amarillo y naranja) y se ha planteado la hipótesis de que regula el desarrollo del fotosistema y los procesos funcionales10. También se localizaron los genes que codifican un factor de transcripción y una función desconocida.

Mediante los análisis de asociación y QTL, el QTL se detectó alrededor de la posición física en 5–6 Mb en el cromosoma 3 para los contenidos de α-caroteno y β-caroteno en la población F2 A (Fig. 3, Supl. Fig. S4, Tablas 1, 2). Ambos análisis detectaron el QTL para la evaluación visual en la población B F2 en 5,4 Mb en el cromosoma 3 (Fig. 4, Supl. Fig. S5, Tablas 1, 2). Dentro de esta región, el gen Or (DCAR_009172), que afecta el contenido de carotenoides en la zanahoria16, se encuentra en 5,2 Mb. Para examinar la participación de Or, realizamos la secuenciación de Sanger de Or en los padres de las poblaciones A y B. La secuenciación de Sanger detectó un SNP T/G en el cuarto codón contando desde el extremo 3'; provoca una sustitución de aminoácidos no sinónimos. El SNP se detectó entre ambos padres de las poblaciones F2 A y B (Fig. 5a). Una timina que era idéntica a la del genoma de referencia de la zanahoria10 en Fs001 y Fs003 se cambió a guanina en Fs002, lo que resultó en un cambio de Tyr309 en Fs001 y Fs003 a ácido aspártico en Fs002. No se detectaron otros SNP que causaran sustituciones de aminoácidos no sinónimos en O entre ambos padres de las poblaciones F2 A y B.

El SNP en Or y el examen de su efecto sobre el color de la raíz de zanahoria en la línea de mejoramiento C. (a) El SNP detectado en O entre plantas parentales en las poblaciones F2 A y B. El SNP provoca una sustitución de aminoácidos. La secuencia superior es idéntica a la secuencia de referencia de Iorizzo et al.10, y la secuencia inferior es un nuevo alelo de Or. (b) El efecto alélico del SNP en O en otra línea de mejoramiento en Fujii Seed. TT y TG mostraron TT homocigoto y heterocigoto del Or SNP, respectivamente. El color de la raíz de zanahoria se evaluó visualmente en tres grados: color naranja oscuro, medio y claro (b,c). Todas las plantas con raíces de color naranja oscuro o medio mostraron un heterocigoto para el SNP Or, y todas las plantas con raíces de color naranja ligeramente claro mostraron un homocigoto TT para el SNP Or. (c) Ejemplos de color de raíz de zanahoria evaluados visualmente como tres grados.

Desarrollamos un marcador KASP que podría genotipar el SNP en Or. Aplicamos el marcador KASP desarrollado a la línea genética C cuyo color de raíz estaba segregado y que es la progenie de Fs002 (Fig. 2). El color de la raíz de la línea genética C se evaluó visualmente en tres grados (Fig. 5c). El genotipo del marcador KASP en Or se correlacionó claramente con la evaluación visual (Fig. 5b). Todas las zanahorias cuyo color de raíz era naranja oscuro y medio tenían un heterocigoto para el SNP en O, y todas las zanahorias cuyo color de raíz era naranja claro tenían un homocigoto TT para el SNP. El marcador KASP desarrollado podría usarse para la selección asistida por marcadores en el mejoramiento de zanahorias de raíz anaranjada.

En los análisis de asociación y QTL de la población F2 A, el QTL para la relación β/α-caroteno se detectó en el cromosoma 6 y mostró la asociación y el valor LOD más altos en la posición física en alrededor de 4,6 Mb (Tablas 1 y 2, Fig. 3, Suplemento Fig. S4). Iorizzo et al.10 resumieron en una tabla los genes candidatos ortólogos y homólogos de la zanahoria implicados en las vías del plastidio 2-C-metil-D-eritritol 4-fosfato (MEP) y de los carotenoides. Según la tabla, DCAR_022896 (que tiene un dominio de licopeno ciclasa) se encuentra en una posición física de 4,1 Mb en el cromosoma 6. La biosíntesis de carotenoides se bifurca después del licopeno para producir ε y β-carotenoides mediante la actividad enzimática de las dos licopeno ciclasas, el licopeno. ε-ciclasa (LCYE) y licopeno β-ciclasa (LCYB)34 (Fig. 1). Además, se sabe que las proporciones de β-caroteno y α-caroteno están determinadas principalmente por las cantidades y/o actividades comparativas de las enzimas LCYB y LCYE26,35,36,37,38.

Se sabe que LCYB, neoxantina sintasa (NSY) (que cataliza la violaxantina en neoxantina), capsantina-capsorrubina sintasa (CCS) (que cataliza la conversión de anteraxantina y violaxantina en capsantina y capsorrubina, respectivamente) (Fig. 1), y cromoplasto La licopeno β-ciclasa específica (CYC-B) tiene una alta homología de secuencia y mecanismos catalíticos putativos similares26,27,39,40.

Nuestro análisis filogénico de DCAR_022896, LCYE, LCYB, NSY, CCS y CYC-B en zanahoria y Arabidopsis, así como Solanum lycopersicum, Carica papaya, Citrus sinensis, Capsicum annuum y Lillium lancifolium mostró que DCAR_022896 pertenecía al mismo clado que CYC. -B en C. sinensis y C. papaya (Fig. 6a). A nivel de aminoácidos, DCAR_022896 tenía un 76,9 % de identidad con CYC-B en C. sinensis y un 62,1 % con CYC-B en C. papaya. CYC-B es un LCYB y convierte el licopeno en β-caroteno en los cromoplastos, donde se acumulan los carotenoides41,42, de manera específica26 (Fig. 1). Además, nuestra búsqueda BLAST de cebadores para el LCYB2 informado en zanahoria mostró que CYC-B (DCAR_022896) en el presente estudio es idéntico a LCYB25,6,43,44. Por lo tanto, suponemos que DCAR_022896 podría ser un posible gen candidato para la relación β/α-caroteno, y comparamos las secuencias de aminoácidos entre los padres de la población A F2 mediante secuenciación de Sanger. La comparación de aminoácidos reveló cinco sustituciones de aminoácidos entre los padres de la población A F2 (Fig. 6b). Estos resultados sugirieron la posibilidad de que CYC-B podría ser un gen candidato para el QTL y la participación de CYC-B en la proporción β/α-caroteno en la raíz de zanahoria.

El árbol filogenético basado en las secuencias de aminoácidos de LCYE, LCYB, CYC-B, NSY y CCS, y las sustituciones de aminoácidos entre las plantas parentales de la población A F2 en DCAR_022896. (a) El árbol filogenético se dibujó mediante el método de unión de vecinos basado en las secuencias de aminoácidos de Daucus carota DCAR_022896, D. carota LCYE (DCAR_028276), Arabidopsis thaliana LCYE (At5g57030), D. carota LCYB (DCAR_020544), A. thaliana LCYB (At3g10230), Solanum lycopersicum CYC-B, Carica papaya CYC-B (evm.model.supercontig_195.16), Citrus sinensis CYC-B (orange1.1g010693m.g), D. carota NSY (DCAR_017191), D. carota NSY(2) (DCAR_025914), A. thaliana NSY (At1g67080), S. lycopersicum NSY (CAB93342.1), Capsicum annuum CCS (Q42435.1) y Lillium lancifolium CCS (JF304153). Los valores en los nodos indican el porcentaje de apoyo al consenso calculado utilizando una prueba de arranque con 1000 replicaciones. (b) Se detectaron cinco sustituciones de aminoácidos (círculo relleno negro) entre los padres de semilla (Fs001) y polen (Fs002) de la población F2 A en DCAR_022896. Las sustituciones similares se muestran en fondo gris.

Nuestros análisis de asociación y QTL utilizando las dos poblaciones F2 derivadas de zanahorias de raíz de naranja detectaron 21 y 32 QTL para rasgos de color de raíz de zanahoria (Figs. 3, 4, Figs. Suplementarias S4, S5, Tablas 1, 2). El QTL detectado en alrededor de 31 Mb en el cromosoma 1 fue detectado por ambos análisis y mostró valores altos de -log10P y LOD; esto explicó gran parte de la variación fenotípica para la evaluación visual, los componentes de color a* y b* y los contenidos de α y β-caroteno. El alelo G en la posición física de 30.704.558 pb en el cromosoma 1 era dominante sobre el alelo A para el contenido de α y β-caroteno (Figura complementaria S6). Para cultivar y seleccionar zanahorias que tengan un mayor contenido de carotenoides, sería necesaria la selección de un alelo AA homocigótico para este locus. Las diferencias cuantitativas en el color de la raíz y el contenido de carotenoides se ven afectadas por las condiciones ambientales como la temperatura y las condiciones del campo y de la luz después de la cosecha. Por tanto, es muy difícil realizar una selección completa del color de las raíces y del contenido de carotenoides en función del aspecto. Los marcadores de ADN del QTL en alrededor de 31 Mb en el cromosoma 1, así como el QTL en el cromosoma 3, serían útiles para el mejoramiento de la zanahoria naranja (Figuras complementarias S6, S7).

No hay genes anotados para MEP y vías de carotenoides dentro de los 5 Mb de la posición física de 31 Mb en el cromosoma 1, donde se detectó la asociación y la puntuación LOD más altas10. Sin embargo, DCAR_002576 (el gen que codifica el factor de estabilidad/ensamblaje del fotosistema II) se encuentra en 30,8 Mb, y esta función es similar a la de Y, lo que explica la diferencia de color de blanco, amarillo y naranja en la raíz de zanahoria; ambos genes tienen un papel en el fotosistema10,45. En la raíz almacenadora de la batata, varios genes involucrados en la biosíntesis de plastidios, incluido el fotosistema II, se expresan diferencialmente entre los cultivares de batata naranja mutantes blancos y acumuladores de β-caroteno46. Es probable que el polimorfismo de DCAR_002576 cause una diferencia cuantitativa en el contenido de carotenoides y afecte el color de la raíz, aunque se necesitan más análisis para explorar esta posibilidad.

Se detectó un QTL importante para el contenido de luteína en la población A F2 en el cromosoma 5 (Fig. 3, Fig. S4 complementaria, Tablas 1, 2), mientras que no hay genes predichos anotados para MEP y las vías de carotenoides10 o para histonas modificadoras de cromatina. metiltransferasa, SDG8 (CCR1), que afecta el contenido de luteína en las hojas47 alrededor de este locus, excepto la neoxantina sintasa (NSY). El gen NSY se encuentra aprox. A 1,1 Mb de la posición física de la asociación con mayor contenido de luteína. NSY tiene un papel aguas abajo de otra rama que no incluye luteína en la biosíntesis de carotenoides (Fig. 1), y no se ha informado ninguna regulación por retroalimentación entre NSY y el contenido de luteína. Sin embargo, no podemos excluir la posibilidad de que la mutación del NSY de otra rama afecte el caudal de cada rama, resultando en un efecto sobre el contenido de luteína. Se necesitan análisis adicionales, como una estrategia basada en mapas, para limitar las regiones candidatas e identificar genes candidatos para QTL en el cromosoma 1 para varios fenotipos de color y en el cromosoma 5 para el contenido de luteína, y para los otros QTL significativos revelados en este estudio.

El análisis de QTL detectó QTL en 6,7 Mb en el cromosoma 3 para la evaluación visual, el componente de color L* y el contenido de luteína. La posición física del QTL es similar a la del QTL detectado a 4,1 Mb para el componente de color a* y al QTL detectado a 4,8 Mb para los contenidos de α y β-caroteno. Es necesario un análisis más detallado para determinar si estos QTL son idénticos o no. Los QTL que ejercen un gran efecto fueron detectados tanto por el análisis de asociación como por el de QTL. Sin embargo, ambos análisis no detectarían los QTL que ejercen un efecto pequeño debido a detecciones de falsos positivos y falsos negativos. Los 11 QTL detectados por ambos análisis en este estudio son más confiables.

La correlación de Pearson no mostró una correlación alta entre la evaluación visual del color y otros fenotipos (Tabla complementaria S2). Los criadores experimentados evalúan exhaustivamente el color de la raíz, incluido el brillo y la textura de la superficie de la zanahoria, y por lo tanto las asociaciones detectadas sólo para la evaluación visual podrían estar asociadas con estos fenotipos.

Zanahoria O fue identificada recientemente y está asociada con la presencia de carotenoides en la raíz de zanahoria16. La proximidad de las posiciones físicas y la función de Or sugiere que los QTL detectados en alrededor de 5 a 6 Mb en el cromosoma 3 posiblemente fueron causados por Or. En el presente estudio se detectó un SNP que causa una mutación no sinónima entre los padres de las poblaciones F2 A y B mediante secuenciación de Sanger (Fig. 5a). No pudimos comparar las secuencias de la región promotora aguas arriba de Or en las líneas parentales y, por lo tanto, no podemos excluir la posibilidad de que el polimorfismo en la región promotora cause la diferencia fenotípica. Como la línea genética C se derivó de Fs002 (Fig. 2), un alelo de color naranja oscuro se derivaría de Fs002.

Los análisis de asociación y QTL en la población F2 A revelaron el QTL para la relación β/α-caroteno en el cromosoma 6; CYC-B está ubicado en la región QTL (Fig. 3h, Supl. Fig. S4h, Tablas 1, 2). En varias plantas modelo, como Arabidopsis thaliana48, arroz (Oryza sativa)49 y maíz (Zea mays)35,50, LCYB está codificado por un solo gen. Sin embargo, LCYB está codificado por dos genes en algunas especies de plantas que acumulan altos niveles de carotenoides en órganos no fotosintéticos, como frutas y flores44. Estos genes se expresan diferencialmente en órganos fotosintéticos y no fotosintéticos, y los genes que se expresan en órganos no fotosintéticos se denominaron CYC-B. Como se nombra, CYC-B es una licopeno β-ciclasa específica de cromoplasto.

Carrot tiene dos LCYB: LCYB1 y LCYB23. Nuestro análisis filogenético actual demostró que las zanahorias LCYB1 (LCYB) y LCYB2 (CYC-B) pertenecen a los clados LCYB y CYC-B, respectivamente (Fig. 6a). La CYC-B se informó por primera vez en el tomate (Solanum lycopersicum) como una licopeno β-ciclasa específica de frutas y flores26 y también se ha informado que es responsable del color de la fruta en papaya (Carica papaya)28 y cítricos (Citrus sinensis) y para una alta acumulación de licopeno en pomelos rojos29. En la zanahoria, a diferencia de las plantas que tienen LCYB específicos de órganos, LCYB1 se expresa tanto en las hojas como en la raíz, y el nivel de transcripción de LCYB1 aumenta a medida que aumenta el contenido de carotenoides durante el desarrollo de la raíz44,51. Dado que los análisis de asociación y QTL detectaron un QTL alrededor de la región CYC-B en este estudio, especulamos que en la raíz de zanahoria que acumula carotenoides, además de LCYB (LCYB1), CYC-B (LCYB2) también podría tener un papel en Biosíntesis de carotenoides. Se necesitan análisis funcionales adicionales, como un estudio de expresión de CYC-B (LCYB2) en varios órganos y etapas de desarrollo y una investigación de la ubicación subcelular de CYC-B (LCYB2) en la zanahoria para aclarar la participación de CYC-B en el carotenoide. Contenido de la raíz principal de la zanahoria y las funciones de los dos LCYB en la zanahoria.

Los rasgos de apariencia visual son objetivos importantes en el mejoramiento de zanahorias en Japón, y el "mejor color naranja brillante" se selecciona basándose en una comparación de pequeñas diferencias de color, como se muestra en la Fig. 5c. El presente estudio proporciona los primeros resultados de análisis de asociación y QTL para el color de la raíz de zanahoria para la selección del color naranja brillante en poblaciones de raíces de color naranja. El marcador KASP desarrollado en O, así como los SNP que muestran asociaciones significativas, contribuirán al mejoramiento de la zanahoria naranja.

Los datos de secuencia de nucleótidos para ddRADseq en las poblaciones F2 A y B están disponibles en el archivo de lectura de secuencias de DDBJ con los números de acceso de DRA012848 a DRA012853.

Simon, P., Pollak, L., Clevidence, B., Holden, J. y Haytowitz, D. Mejoramiento vegetal para la nutrición humana. Raza vegetal. Rev. 31, 325–392 (2009).

CAS Google Académico

Krinsky, NI & Johnson, EJ Acciones de los carotenoides y su relación con la salud y la enfermedad. Mol. Aspectos Med. 26, 459–516 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Sólo, BJ et al. Genes estructurales de la biosíntesis de carotenoides en zanahoria (Daucus carota): aislamiento, caracterización de secuencia, marcadores de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) y mapeo del genoma. Teor. Aplica. Gineta. 114, 693–704. https://doi.org/10.1007/s00122-006-0469-x (2007).

Artículo CAS PubMed Google Scholar

Santos, CAF y Simon, PW Los análisis de QTL revelan loci agrupados para la acumulación de los principales carotenos de provitamina A y licopeno en las raíces de la zanahoria. Mol. Gineta. Genoma. 268, 122-129 (2002).

Artículo CAS Google Scholar

Just, BJ, Santos, CAF, Yandell, BS y Simon, PW Los QTL principales para el color de la zanahoria están asociados posicionalmente con genes biosintéticos de carotenoides e interactúan epistáticamente en un cruce de zanahoria domesticada × silvestre. Teor. Aplica. Gineta. 119, 1155-1169 (2009).

Artículo de Google Scholar

Jourdan, M. y col. Contenido de carotenoides y color de la raíz de la zanahoria cultivada: un estudio de asociación de genes candidatos utilizando una población amplia y no estructurada original. MÁS UNO 10, e0116674. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0116674 (2015).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ruiz-Sola, M. Á. & Rodríguez-Concepción, M. Biosíntesis de carotenoides en Arabidopsis: Un camino colorido. Libro de Arabidopsis. 10, e0158. https://doi.org/10.1199/tab.0158 (2012).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Stanley, L. y Yuan, Y.-W. Regulación transcripcional de la biosíntesis de carotenoides en plantas: tantos reguladores, tan poco consenso. Frente. Ciencia vegetal. 10, 1017. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01017 (2019).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Al-Babili, S. et al. Identificación de un nuevo gen que codifica la neoxantina sintasa de Solanum tuberosum. FEBS Lett. 485, 168-172 (2000).

Artículo CAS Google Scholar

Iorizzo, M. et al. Un ensamblaje del genoma de la zanahoria de alta calidad proporciona nuevos conocimientos sobre la acumulación de carotenoides y la evolución del genoma de los asteridos. Nat. Gineta. 48, 657–666 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Wang, F. y col. La secuencia del genoma de "Kurodagosun", una variedad de zanahoria importante en Japón y China, revela conocimientos sobre la investigación biológica y el mejoramiento de zanahorias. Mol. Gineta. Genoma. 293, 861–871 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Arango, J., Jourdan, M., Geoffriau, E., Beyer, P. y Welsch, R. La actividad de la caroteno hidroxilasa determina los niveles de α-caroteno y carotenoides totales en las zanahorias naranjas. Célula vegetal 26, 2223–2233 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Buishand, J. & Gabelman, W. Investigaciones sobre la herencia del color y el contenido de carotenoides en el floema y el xilema de las raíces de zanahoria (Daucus carota L.). Euphytica 28, 611–632 (1979).

Artículo CAS Google Scholar

Ellison, S., Senalik, D., Bostan, H., Iorizzo, M. y Simon, P. Mapeo fino, análisis del transcriptoma y desarrollo de marcadores para Y2, el gen que condiciona la acumulación de β-caroteno en la zanahoria (Daucus carota L .). G3 (Betesda). 7, 2665–2675. https://doi.org/10.1534/g3.117.043067 (2017).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Li, L., Paolillo, D., Parthasarathy, M., Dimuzio, E. y Garvin, D. Una nueva mutación genética que confiere patrones anormales de acumulación de β-caroteno en la coliflor (Brassica oleracea var. Botrytis). Planta J. 26, 59–67 (2001).

Artículo CAS Google Scholar

Ellison, SL y cols. La presencia de carotenoides está asociada con el gen O en la zanahoria domesticada. Genética 210, 1497-1508 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Shirasawa, K., Hirakawa, H. & Isobe, S. Flujo de trabajo analítico de secuenciación de ADN asociada al sitio de restricción de doble digestión basada en optimización empírica e in silico en tomate. Res. ADN. 23, 145-153 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Arafa, RA et al. Identificación rápida de genes candidatos para la resistencia al tizón tardío del tomate utilizando tecnologías de secuenciación de próxima generación. MÁS UNO 12, e0189951. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0189951 (2017).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Schmieder, R. & Edwards, R. Control de calidad y preprocesamiento de conjuntos de datos metagenómicos. Bioinformática 27, 863–864 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Langmead, B. & Salzberg, SL Alineación rápida de lectura entre espacios con Bowtie 2. Nat. Métodos. 9, 357–359 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Li, H. y col. El formato de alineación/mapa de secuencia y SAMtools. Bioinformática 25, 2078–2079 (2009).

Artículo de Google Scholar

Danecek, P. y col. El formato de llamada variante y VCFtools. Bioinformática 27, 2156–2158 (2011).

Artículo CAS Google Scholar

Bradbury, PJ y cols. TASSEL: Software para mapeo de asociaciones de rasgos complejos en muestras diversas. Bioinformática 23, 2633–2635 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Rastas, P. Lep-MAP3: Mapeo de vinculación sólido incluso para datos de secuenciación del genoma completo de baja cobertura. Bioinformática 33 (3726–3732), 55 (2017).

Google Académico

Basten, CJ, Weir, BS y Zeng, cartógrafo ZB QTL, versión 1.17. Departamento de Estadística, Universidad Estatal de Carolina del Norte, Raleigh, pág. 189 (2005).

Ronen, G., Carmel-Goren, L., Zamir, D. & Hirschberg, J. Una vía alternativa para la formación de β-caroteno en cromoplastos de plantas descubierta mediante clonación basada en mapas de mutaciones Beta y de color oro viejo en tomate. Proc. Nacional. Acad. Ciencia. 97, 11102–11107 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Jeknić, Z. et al. Clonación y caracterización funcional de un gen para la capsantina-capsorrubina sintasa del lirio tigre (Lilium lancifolium Thunb. 'Splendens'). Fisiol de células vegetales. 53, 1899-1912. https://doi.org/10.1093/pcp/pcs128 (2012).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Blas, AL et al. La clonación de la licopeno b-ciclasa específica del cromoplasto de papaya, CpCYC-b, que controla el color de la pulpa de la fruta, revela microsintonia conservada y un punto caliente de recombinación. Fisiol vegetal. 152, 2013-2022. https://doi.org/10.1104/pp.109.152298 (2010).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Alquézar, B., Zacarías, L. & Rodrigo, MJ Caracterización molecular y funcional de una nueva licopeno b-ciclasa específica de cromoplasto de Citrus y su relación con la acumulación de licopeno. J. Exp. Bot. 60, 1783-1797 (2009).

Artículo de Google Scholar

Simon, PW, Geoffriau, E., Ellison, S. & Iorizzo, M. Genética y genómica de los carotenoides de la zanahoria. En The Carrot Genome (eds Simon, P. et al.) 247–260 (Springer, 2019).

Capítulo Google Scholar

Thompson, JD, Higgins, DG y Gibson, TJ CLUSTAL W: Mejora de la sensibilidad del alineamiento progresivo de secuencias múltiples mediante ponderación de secuencias, penalizaciones de espacios específicos de la posición y elección de matriz de ponderación. Ácidos nucleicos res. 22, 4673–4680 (1994).

Artículo CAS Google Scholar

Saitou, N. & Nei, M. El método de unión de vecinos: un nuevo método para reconstruir árboles filogenéticos. Mol. Biol. Evolución. 4, 406–425 (1987).

CAS PubMed Google Académico

Kumar, S., Stecher, G., Li, M., Knyaz, C. y Tamura, K. MEGA X: Análisis de genética evolutiva molecular en plataformas informáticas. Mol. Biol. Evolución. 35, 1547-1549 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Cazzonelli, CI & Pogson, BJ Fuente a hundir: Regulación de la biosíntesis de carotenoides en plantas. Planta de Tendencias. Ciencia. 15, 266–274 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Bai, L., Kim, E.-H., DellaPenna, D. & Brutnell, TP Nuevas actividades de licopeno épsilon ciclasa en maíz reveladas a través de la perturbación de la biosíntesis de carotenoides. La Planta J. 59, 588–599 (2000).

Artículo de Google Scholar

Pogson, B., McDonald, KA, Truong, M., Britton, G. y DellaPenna, D. Los mutantes de carotenoides de Arabidopsis demuestran que la luteína no es esencial para la fotosíntesis en las plantas superiores. Célula vegetal 8, 1627-1639 (1996).

CAS PubMed PubMed Central Google Académico

Ronen, G., Cohen, M., Zamir, D. y Hirschberg, J. Regulación de la biosíntesis de carotenoides durante el desarrollo del fruto del tomate: la expresión del gen de la licopeno épsilon-ciclasa está regulada negativamente durante la maduración y aumenta en el mutante Delta . La Planta J. 17, 341–351 (1999).

Artículo CAS Google Scholar

Harjes, CE et al. Variación genética natural en la licopeno épsilon ciclasa aprovechada para la biofortificación del maíz. Ciencia 319, 330–333. https://doi.org/10.1126/science.1150255 (2008).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bouvier, F., d'Harlingue, A., Backhous, RA, Kumagai, MH y Camara, B. Identificación de la neoxantina sintasa como parálogo de carotenoide ciclasa. EUR. J. Bioquímica. 267, 6346–6352 (2000).

Artículo CAS Google Scholar

Mialoundama, AS et al. Caracterización de las carotenoides ciclasas vegetales como miembros de la familia de las flavoproteínas que funcionan sin cambios redox netos. Fisiol vegetal. 153, 970–979 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Egea, I. et al. Diferenciación de cromoplastos: estado actual y perspectivas. Fisiol de células vegetales. 51, 1601-1611 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Kim, JE, Rensing, KH, Douglas, CJ y Cheng, KM Ultraestructura de cromoplastos y contenido estimado de caroteno en el floema secundario de la raíz de diferentes variedades de zanahoria. Planta 231, 549–558 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Fuentes, P. et al. Los cambios dependientes de la luz en la diferenciación de plástidos influyen en la expresión y acumulación de genes de carotenoides en las raíces de la zanahoria. Planta Mol. Biol. 79, 47–59 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Moreno, JC et al. Los niveles de licopeno b-ciclasa 1 modulan la expresión y acumulación de genes de carotenoides en Daucus carota. MÁS UNO 8, e58144. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0058144 (2013).

Artículo ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Plücken, H., Müller, B., Grohmann, D., Westhoff, P. y Eichacker, LA La proteína HCF136 es esencial para el ensamblaje del centro de reacción del fotosistema II en Arabidopsis thaliana. FEBS Lett. 532, 85–90 (2002).

Artículo de Google Scholar

McGregor, CE & LaBonte, DR Expresión diferencial de genes entre raíces reservantes de cultivares de camote Jewel y White Jewel. Mermelada. Soc. Hortico. Ciencia. Rev. 131, 798–805 (2006).

Artículo CAS Google Scholar

Cazzonelli, CI et al. Regulación de la composición de carotenoides y ramificación de brotes en Arabidopsis mediante una histona metiltransferasa modificadora de la cromatina, SDG8. Célula vegetal 21, 39–53. https://doi.org/10.1105/tpc.108.063131 (2009).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Lange, BM & Ghassemian, M. Organización del genoma en Arabidopsis thaliana: un estudio de los genes implicados en el metabolismo de los isoprenoides y la clorofila. Planta Mol. Biol. 51, 925–948 (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Fang, J. y col. Las mutaciones de genes en la síntesis de los carotenoides precursores de ABA conducen a la germinación y la fotooxidación del arroz antes de la cosecha. Planta J. 54, 177–189 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Singh, M. y col. Mutagénesis del activador del locus rosado scutellum1/vivíparo7 del maíz. Célula vegetal 15, 874–884 (2003).

Artículo MathSciNet CAS Google Scholar

Artículo CAS PubMed Google Scholar

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Agradecemos al Dr. K. Shirasawa del Instituto de Investigación de ADN de Kazusa por sus consejos técnicos, y a la Sra. S. Sasamoto, la Sra. R. Aomiya y la Sra. T. Shibazaki del Instituto de Investigación de ADN de Kazusa por su asistencia técnica. También agradecemos al Sr. H. Hirose, al Sr. Y. Yoshida y al Sr. S. Yoshida de Yoshida Seed por su manejo del campo de zanahorias, y a todos los miembros del personal de Fujii Seed por preparar los materiales de zanahoria.

Fujii Seed Co. Ltd., Fujii Seed, 2-12-38 Juso-higashi, Yodogawa-ku, Osaka, 532-0023, Japón

Taeko Shibaya, Chika Kuroda y Takayoshi Fujii

Instituto de Investigación de ADN Kazusa, Kisarazu, Chiba, 292-0818, Japón

Hisano Tsuruoka, Chiharu Minami, Akiko Obara, Shinobu Nakayama, Yoshie Kishida y Sachiko Isobe

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TS diseñó el experimento, realizó análisis de asociación y QTL y escribió el manuscrito; SI proporcionó dirección para el estudio, diseñó el experimento y corrigió el manuscrito; HT, CM y AO realizaron el experimento; SN e YK realizaron análisis de datos NGS; CK y TF proporcionaron materiales vegetales y evaluaron fenotipos. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a Taeko Shibaya.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Shibaya, T., Kuroda, C., Tsuruoka, H. et al. Identificación de QTL para el color de la raíz y el contenido de carotenoides en poblaciones F2 de zanahoria naranja japonesa. Representante científico 12, 8063 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11544-7

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Recibido: 25 de octubre de 2021

Aceptado: 18 de abril de 2022

Publicado: 16 de mayo de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11544-7

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