Análise de associação genômica ampla para caracteres morfológicos, agronômicos e de brotação em painel de batata tetraploide | Genomewide association analysis for morphological, agronomic and sprouting related traits in a tetraploid potato panel

A batata tetraploide (Solanum tuberosum) é a sexta espécie de maior importância econômica do mundo, devido a sua versatilidade de consumo e pelo seu equilíbrio adequado de conteúdo de proteínas e carboidratos. Porém, ao ser armazenada por períodos prolongados e/ou com má refrigeração, pode ocorrer a brotação nos tubérculos, o que impede o consumo humano. Em razão da natureza autotetraploide e por ser altamente heterozigótica, a seleção de genótipos superiores para os caracteres de interesse se dá após avaliações sucessivas em campo de progênies F 1 , o que pode levar cerca de dez anos. Seleção assistida por marcadores pode, portanto, acelerar esse processo. Assim, o objetivo deste estudo foi identificar polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) associados a caracteres morfológicos, agronômicos e relacionados à brotação em painel de batata. O painel, pertencente à Embrapa Clima Temperado, consistiu em 137 acessos, genotipados para 8.303 SNPs e avaliados para quatorze caracteres em casa-de- vegetação e câmara fria ao longo de dois anos, 2020 e 2021. Os experimentos foram conduzidos em delineamento em blocos aumentos de Federer com 11 e 9 blocos para os respectivos anos. Ao realizar análise de dosagem alélica via pacote R fitTetra v.1.0 e filtragem dos SNPs com base em frequência alélica mínima inferior a 5% e de dados perdidos superior 20%, restaram 4.879 SNPs. A análise de estrutura populacional e do parentesco entre os acessos foram realizadas, respectivamente, via análise de componentes principais e pela matriz de relacionamento genômico de VanRaden por meio dos pacotes R pcaMethods v.1.86.0 e AGHmatrix v.2.0.4. O desequilíbrio de ligação foi estimado pelo pacote R ldsep v.2.1.5. Para os estudos de GWAS, médias fenotípicas ajustadas foram obtidas, e usadas para identificar as associações utilizando o pacote R GWASpoly v.2.1.3 para diversos modelos e formas de parametrização. Nas análises de estrutura populacional (Q) e relacionamento genômico (K), foram encontrados agrupamentos entre acessos com origens semelhantes. Nas análises de desequilíbrio de ligação, observou-se que o decaimento ocorreu por volta de 1 Mb. O modelo de GWAS que se destacou foi o Q + K, por meio do qual foi possível encontrar associações significativas para oito caracteres. Foram eles: Formato (Form), Largura (LarTub) e Comprimento (CompTub) do tubérculo, Cor da polpa (CorPol), Peso seco da parte aérea (PSPA), Peso fresco do tubérculo (PFT), Dias para iniciar a brotação (DIB) e Comprimento do broto apical (CompBrAp). Ao estudar as regiões com associações significativas, QTLs observados previamente para Form e CorPol foram identificados. Além disso, dois, cinco, três e um genes candidatos foram observados nas regiões para CompTub, CompBrAp, DIB e PFT, respectivamente. Os resultados encontrados neste presente estudo são de grande importância para o conhecimento genético dos caracteres estudados, além de proporcionar a criação de ferramentas moleculares para seleção de genótipos superiores e com brotação tardia. Palavras-chave: Solanum tuberosum. GWAS. SNP. Desequilíbrio de ligação

Tetraploid potato (Solanum tuberosum) is the sixth most economically important species in the world due to its versatility in consumption and its balanced protein and carbohydrate content. However, when stored for prolonged periods or under poor refrigeration conditions, sprouting may occur in potato tubers, making them unsuitable for human consumption. Due to its autotetraploid nature and high heterozygosity, the detection of superior phenotypes for target traits occurs through field evaluation of F 1 progenies. Thus, the objective of this study was to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with morphological, agronomic and sprouting related traits in a potato panel, estimate genetic parameters for these traits, study linkage disequilibrium decay, analyze population structure, and genomic relationships within tetraploid potato accessions. A panel of 137 accessions from Embrapa Temperate Agriculture genotyped with 8,303 SNPs was used. These genotypes were also evaluated for fourteen traits in greenhouse and cold chamber conditions in 2020 and 2021, with experiments conducted using Federer s augmented block design with 11 and 9 blocks for the respective years. Allele dosage analysis was performed using the R package fitTetra v.1.0, and SNP filtering based on a minor allele frequency less than 5% and missing data up to 20% resulted in 4,879 SNPs for the studies. Population structure analysis and relatedness among accessions were conducted via principal component analysis and the VanRaden genomic relationship matrix using the R packages pcaMethods v.1.86.0 and AGHmatrix v.2.0.4, respectively. Linkage disequilibrium was computed using the R package ldsep v.2.1.5. For GWAS studies, adjusted phenotypic means were estimated, and associations were identified using the R package GWASpoly v.2.1.3 with various models and parameterizations. Population and relatedness analysis revealed groupings among accessions with similar origins. Linkage disequilibrium analysis has decayed around 1 Mb. For GWAS analyses, the Q + K model with eight parameterizations stood out, revealing significant associations for eight traits: Shape (Form), Width (LarTub) and Length (CompTub) of the tuber, Flesh Color (CorPol), Dry weight of the aerial part (PSPA), Fresh weight of the tuber (PFT), Days to start sprouting (DIB) and Length of the apical bud (CompBrAp). When studying the association regions for their respective traits, previously identified QTLs were found for Form and CorPol, as well as two, five, three, and one candidate genes for CompTub, CompBrAp, DIB, and PFT, respectively. The results of this study are of great importance for understanding the genetic basis of the studied traits and serve as an basis for molecular tool for selecting superior genotypes with delayed sprouting. Keywords: Solanum tuberosum. GWAS. SNP. Linkage disequilibrium.

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