Desenvolvimento e validação de SNPs para seleção assistida por marcadores em batata-doce hexaploide. | Development and validation of SNPs for marker-assisted selection in hexaploid sweetpotato

A batata-doce é uma importante cultura do mundo, sendo considerada de segurança alimentar e nutricional na África Subsaariana. Trata-se de uma espécie autohexaploide, de alogamia obrigatória e com um elevado grau de heterozigosidade, fatores que tornam desafiadoras análises moleculares envolvendo locos de herança quantitativa (QTLs). O melhoramento de cultivares de batata-doce com características desejáveis pode ser facilitado e acelerado utilizando-se da seleção assistida por marcadores, ferramenta da qual outras espécies, sobretudo diploides, já se beneficia. O objetivo deste trabalho foi desenvolver marcadores baseados em polimorfismos de único nucleotídeo (SNPs) presentes em QTLs previamente identificados em populações de mapeamento da espécie. Um total de 60 SNPs foram selecionados nos cromossomos 3, 12 e 13 em genes putativos presentes em regiões genômicas associadas aos seguintes caracteres: conteúdo de matéria seca, teores de amido, glicose, sacarose, β-amilase e β-caroteno, e cores da polpa da casca. A metodologia de genotipagem kompetitive allele specific PCR (KASP) foi utilizada para obtenção das intensidades dos sinais dos alelos, 𝐴 e 𝐵, dos SNPs em 86 amostras de dialelo 8×8, com fenótipos disponíveis, mais sete cultivares. A dosagem alélica foi inferida a partir de modelos de mistura ajustados utilizando o pacote R fitPoly v.3.0.0. Modelos de regressão linear simples entre os valores fenotípicos e as dosagens alélicas foram ajustados para 51 SNPs polimórficos codificados para aditividade e dominância ou baseados na razão 𝐵/(𝐴 + 𝐵). De acordo com a estatística F, os coeficientes de regressão foram significativos (𝑃 < 0,001), para cinco, onze, sete e dois SNPs para conteúdo de matéria seca, cor da polpa, cor da casca e firmeza de raiz (correlacionado com o conteúdo de β-amilase), respectivamente. A análise de regressão demonstrou que para firmeza de raiz, houve maior significância para modelo de dominância de snpIB00118 (𝑅 2 = 0,20). Para os demais caracteres, modelos de aditividade ou baseados em razão apresentaram maior significância, destacando-se snpIB00070 (𝑅 2 = 0,22 ou 𝑅 2 = 0,20, respectivamente) para conteúdo matéria seca, snpIB00083 (𝑅 2 = 0,28 ou 𝑅 2 = 0,29) para cor de polpa, e snpIB00094 (𝑅 2 = 0,46 ou 𝑅 2 = 0,49) para cor de casca. O uso de razões de intensidades alélicas demonstrou similar poder para detectar associação quando comparado aos modelos aditivos, facilitando a análise. No entanto, essa abordagem não capturou associações no caso de controle genético dominante, como, possivelmente, no caso da firmeza. Nas análises de regressão linear múltipla, seis, cinco, seis e dois SNPs foram selecionados para conteúdo de matéria seca, cor de polpa, cor de casca e firmeza, com acréscimos significativos na proporção da variação explicada de todos os caracteres exceto firmeza. Os SNPs com maiores associações explicam parcial e significativamente a variação fenotípica de caracteres de interesse, e podem ser utilizadas para a aplicação imediata da seleção assistida para o melhoramento genético desses caracteres. Palavras-chave: Ipomoea batatas. KASP. Seleção assistida por marcadores. Regressão linear. QTL

Sweetpotato is an important crop worldwide, and it is considered a food security crop in sub- Saharan Africa. As an autohexaploid, outbred, highly heterozygous crop, molecular analysis and quantitative trait loci (QTL) identification are challenging. The improvement of sweetpotato varieties with desirable traits can be boosted through marker-assisted selection, a tool that other species, mostly diploids, have already benefited from. The aim of this work was to develop single nucleotide polymorphism (SNP) markers derived from QTL regions previously identified in sweetpotato mapping populations. A total of 60 SNPs were selected on chromosomes 3, 12 and 13 in genes found to be putatively associated to the following traits: dry matter, starch, β-carotene, glucose, sucrose, β-amylase contents, and flesh and skin colors. Kompetitive allele specific PCR (KASP) genotyping methodology was used for measuring alleles 𝐴 and 𝐵 signals from 93 samples from an 8×8 diallel. Allele dosage was inferred using mixture models as implemented in R package fitPoly v.3.0.0. Simple linear regression models between the phenotypic values and the dosages of allelic intensities were fitted for 51 polymorphic SNPs for each additive, dominance, and ratio 𝐵/(𝐴 + 𝐵) based models. According to the F-statistics, regression coefficients were significant (𝑃 < 0.001) for five, eleven, seven, and two SNPs for dry matter content, flesh color, skin color, and firmness (negatively correlated to β-amylase content), respectively. Regression analysis for firmness showed that there was a significant dominance model for snpIB00118 (𝑅 2 = 0.20). For the other traits, both additive and ratio-based models were significant for snpIB00070 (𝑅 2 = 0.22 or 𝑅 2 = 0.20, respectively) for dry matter content, snpIB00083 (𝑅 2 = 0.28 or 𝑅 2 = 0.29) for flesh color, snpIB00094 (𝑅 2 = 0.46 or 𝑅 2 = 0.49) for skin color. The use of allelic intensity ratios facilitates the analysis since allele dosage classification is not needed. However, this approach did not show associations in the case of dominant genetic control, as it is possibly the case of firmness. Multiple linear regression models with six, five, six, and two SNPs selected for dry matter content, flesh color, skin color, and firmness, respectively, have shown significant increase in proportion of explained variation for all traits except firmness. The SNPs with the highest associations explain partially and significantly the phenotypic variation of the traits of interest and can be used for marker-assisted selection purposes. Keywords: Ipomoea batatas. KASP. Marker-assisted selection. Linear regression. QTL.

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