Studio di associazione genome-wide (GWAS) dei caratteri agronomici di interesse nella melanzana (Solanum melongena L.)

La melanzana (Solanum melongena L.) è la terza Solanacea per importanza economica, dopo la patata (S. tuberosum L.) e il pomodoro (S. lycopersicum L.). Al fine di identificare geni o QTL coinvolti nel determinismo genetico di diversi caratteri di interesse agronomico è stato effettuato uno studio di associazione genome-wide (GWAS) utilizzando 366 accessioni ("core collection"), rappresentative della diversità genetica della melanzana. Per l’ottenimento di marcatori molecolari da utilizzare nell’analisi di associazione, le accessioni della core collection sono state genotipizzate mediante la tecnica SPET (Single Primer Enrichment Technology), che prevede l’analisi di regioni target del genoma. I campioni sono stati sequenziati utilizzando una piattaforma Illumina (HiSeq2500) con chimica 1x150bp (SE). Una volta generate le raw reads, è stato effettuato il demultiplexing, la pulitura ed il trimming dei dati. Le sequenze così ottenute sono state poi allineate al genoma di riferimento di melanzana (genotipo ‘67/3’) e i marcatori SNP (Single Nucleotide Polimorphism) sono stati generati mediante la pipeline GATK (https://github.com/broadinstitute/gatk). Tra questi 6297 SNPs sono stati selezionati per l’analisi di associazione. Sono stati impiegati due set di dati fenotipici: il primo (definito “storico”) ottenuto dalle informazioni registrate nelle banche del germoplasma (passport data) che conservano le accessioni in esame; il secondo (definito “attuale”) derivante da fenotipizzazioni in campo sull’intera core collection per un totale di 62 tratti impiegati, di cui 40 attuali e 22 storici. Lo studio di associazione è stato condotto utilizzando il software Genomic Association e Prediction Integrated Tool (GAPIT v3, https://github.com/jiabowang/GAPIT3), che sfrutta diversi modelli di correlazione lineare mista, genotipo-fenotipo (MLMM, FarmCPU, BLINK) per identificare SNP significativamente associati ai diversi caratteri agronomici di melanzana considerati. Gli SNP significativi sono stati identificati utilizzando come valore soglia un valore di p-value < 1.6e-5, corretto per il False Discovery Rate (FDR). In totale, 43 SNPs hanno evidenziato un’associazione significativa con 10 dei 22 caratteri storici studiati, mentre 95 SNPs significativi sono stati evidenziati in associazione a 27 dei 40 caratteri attuali. Dato il considerevole numero di tratti studiati non è stato possibile riportare in dettaglio i risultati di associazione relativi a ognuno di questi, pertanto solo tre tratti comuni ai due set di dati fenotipi utilizzati (dimensione del frutto, distribuzione del colore del frutto, colore della corolla all'antesi) ed un tratto indipendente per ciascuno dei due dataset (altezza totale della pianta e forma del frutto rispettivamente per i dati attuali e storici) sono stati analizzati mediante ricerca e individuazione di geni candidati nell’intorno genomico di 100 Kb di ciascun SNP sul genoma annotato di melanzana. Tra i geni individuati sono stati selezionati quelli putativamente responsabili della variazione fenotipica dei tratti di interesse mediante ricerca bibliografica. Ulteriori analisi, basate su un approccio di reverse genetics, sono necessarie al fine di validare i geni putativi identificati e delucidare i meccanismi molecolari e biochimici coinvolti nella determinazione del fenotipo dei caratteri agronomici in melanzana e progettare pertanto nuovi piani di miglioramento genetico.