Influence of the interactions of qualitative and quantitative genetic factors on fruit yield and quality in tomato (Solanum lycopersicum)

Abstract

The study of gene relationships at the level of a single locus (allelic relationships) as well as at the level of multiple loci (epistasis), is crucial for crop genetic improvement. In the case of single loci, understanding overdominance can enable the selection of heterozygotes that maximize hybrid vigor. For multiple loci, understanding epistasis allows for the combination of desirable traits. In this research, certain tools become important, such as the evaluation of yield in field trials to verify whether the observed effect is verified in real crop environments, where factors like climate, soil, and agricultural practices influence plant performance and the identification of differentially expressed genes (DEGs) to pinpoint which candidate genes are potentially involved in traits of interest. In this context, the present study aimed to evaluate a set of tomato (Solanum lycopersicum L.) F1 hybrids involving the epinastic (epi) mutation to estimate potential heterotic effects associated with the presence of this mutation in different tomato genetic backgrounds. Mutations in pleiotropic genes potentially involved in the synthesis of plant hormones, such as epi, can result in broad changes in gene expression patterns and alter numerous metabolic pathways that may affect tomato growth and production. Here, transcriptomic analysis via RNA- seq was employed as a tool to identify a set of differentially expressed genes (DEGs) potentially modulated by the epi mutation in contrasting genetic backgrounds. A chromosome landing strategy on the candidate epi gene(s) was carried out involving a combination of genomic mapping and information derived from the transcriptome of two contrasting near-isogenic lines (NILs). The results suggest that a heterozygous mutation can alter both the level of allelic interaction and several epistatic interactions, particularly in relation to hormonal pathways, which culminates in phenotypes that may be of interest from a breeding perspective. Keywords: Heterosis ; overdominance ethylene; mutation ; Solanaceae; transcriptome.O estudo das relações gênicas a nível de um lócus único (relações alélicas), quanto a nível de múltiplos loci (epistasia), é crucial para o melhoramento genético. No caso de lócus único, entender a sobredominância pode permitir a seleção de heterozigotos que maximizem o vigor híbrido. Para múltiplos loci, a compreensão das interações gênicas permite a combinação de características desejáveis. Para essa pesquisa algumas ferramentas se tornam importantes como, avaliação da produtividade em ensaios de campo para avaliar verificar se o efeito observado é confirmado em ambientes reais de cultivo, onde fatores como clima, solo, e práticas agrícolas influenciam o desempenho das plantas e a identificação de genes diferencialmente expressos (DEGs) para apontar quais genes candidatos estão potencialmente envolvidos em características de interesse, Neste contexto, o presente trabalho propôs a avaliar um conjunto de híbridos F1 envolvendo o gene epinastic (epi) para estimar potenciais efeitos heteróticos associados à presença desta mutação em diferentes origens backgrounds do tomateiro. Mutações em genes pleiotrópicos potencialmente envolvidos na síntese de hormônios, como o epi, podem resultar em amplas mudanças no padrão de expressão gênica e alterar numerosas vias metabólicas que podem afetar o crescimento e a produção do tomate. Análise transcritômica via RNA-seq foi empregada como uma ferramenta para investigar o painel de genes diferencialmente expressos (DEGs) potencialmente modulados pela mutação epi em plântulas de diferentes fundos genéticos. Uma estratégia de “aterrissagem cromossômica” foi implementada visando identificar genes candidato(s) para a mutação epi. Esta estratégia envolveu uma combinação de mapeamento genômico e informações derivadas do transcritoma de duas linhagens quase isogênicas contrastantes (NILs). Os resultados sugerem que uma mutação em heterozigose pode alterar tanto o nível de interação alélicas, como várias interações epistáticas, principalmente em relação as vias hormonais, o que culmina em fenótipos que podem ser interessantes para o melhoramento genético. Palavras-chave: Heterose; etileno ; mutação ; Solanaceae ; transcritoma.