New insights to durum wheat breeding in the genomics era through the exploration of a diversity panel of Mediterranean landraces

Abstract

Dos conjunts d'unes 180 varietats tradicionals mediterrànies de 21 països i 205 cultivars moderns d'arreu del món van ser fenotipats i genotipats per proporcionar informació útil als programes de millora genètica de blat dur. Els experiments de camp van ser realitzats durant sis temporades en condicions de secà. El genotipat va ser realitzat amb marcadors DArT (1.149) i DArTseq (46.161). Les varietats tradicionals de l'est i l'oest del Mediterrani van presentar estratègies de formació del rendiment i patrons adaptatius diferencials en termes d'ús de l'aigua abans i després de l'antesi; també van mostrar grans diferències per l'arquitectura del sistema radicular (RSA) seminal. Dues meta-anàlisis de QTLs van sintetitzar 46 estudis de QTLs per caràcters agronòmics i de qualitat per detectar regions genòmiques consens. Quatre mapejos per associació van identificar regions genòmiques diferencials pels caràcters associats al rendiment entre les varietats tradicionals i els cultivars moderns, i van detectar 82 regions per l'RSA i 37 per la qualitat en les varietats tradicionals. S'ha demostrat que les varietats tradicionals mediterrànies poden ser una font de recursos genètics en programes de millora per frenar l'erosió genètica.

Dos conjuntos de unas 180 variedades tradicionales mediterráneas de 21 países y 205 cultivares modernos de todo el mundo fueron fenotipados y genotipados para proporcionar información útil a los programas de mejora genética de trigo duro. Los experimentos de campo se realizaron durante seis temporadas en condiciones de secano. El genotipado se realizó con marcadores DArT (1.149) y DArTseq (46.161). Las variedades tradicionales del este y el oeste del Mediterráneo presentaron estrategias de formación del rendimiento y patrones adaptativos diferenciales en términos de uso del agua antes y después de antesis; también mostraron grandes diferencias para la arquitectura del sistema radicular (RSA) seminal. Dos meta-análisis de QTLs sintetizaron 46 estudios de QTLs para caracteres agronómicos y de calidad para detectar regiones genómicas consenso. Cuatro mapeos por asociación identificaron regiones genómicas diferenciales para los caracteres asociados al rendimiento entre las variedades tradicionales y los cultivares modernos, y detectaron 82 regiones para la RSA y 37 para la calidad en las variedades tradicionales. Se ha demostrado que las variedades tradicionales mediterráneas pueden ser una fuente de recursos genéticos en programas de mejora para frenar la erosión genética.

Two sets of about 180 Mediterranean landraces from 21 countries and 205 world-wide modern cultivars were phenotyped and genotyped in order to provide information useful for durum wheat breeding programmes. Field experiments were conducted during six crop seasons under rainfed conditions. Genotyping was done with 1,149 DArT and 46,161 DArTseq markers. Eastern and Western Mediterranean landraces showed different yield formation strategies and adaptation patterns in terms of water use before and after anthesis; also showed large differences in seminal root system architecture (RSA). QTL meta-analysis synthesised 46 QTLs published studies of agronomic and quality traits and detected consensus genome regions. Four genome wide association studies detected differential genome regions for yield-related traits between landraces and modern cultivars, and identified 82 RSA genome regions (64 not reported previously) and 37 quality regions in landraces. Mediterranean landraces proved to be valuable genetic resources for breeding programmes to recoil genetic erosion.