اختيار علامات محددة للسمات ونماذج متعددة البيئات يُحسِّن القدرة التنبؤية الجينية في الأرز

تطوير أصناف أرز عالية الغلة تتحمل الإجهاد الناتج عن الجفاف أمر بالغ الأهمية لكسب العيش المستدام لمزارعي الأرز في نظم زراعة الأرز المعتمدة على الأمطار. يعد الاختيار الجيني (GS) خياراً فعالاً للتربية لهذه السمات المعقدة. قمنا بتقييم فعالية خيارين جديدين نسبياً في تنفيذ GS: اختيار علامات محددة للسمات والبيئات واستخدام نماذج التنبؤ متعددة البيئات. تم فحص مجموعة مرجعية مكونة من 280 وصولاً منخفضة الأراضي مع بيانات 215,000 علامة SNP تحت ظروف جفاف مُدارة مُهيأة واثنين من البيئات المُدارة. تم اختيار مجموعات فرعية من علامات SNP الخاصة بكل سمة (28,000) لكل سمة تحت كل بيئة، باستخدام نتائج دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWAS) التي أُجريت باستخدام مجموعة البيانات الجينية الكاملة. تم مقارنة أداء نماذج التنبؤ الجيني في بيئة واحدة ونماذج التنبؤ متعددة البيئات باستخدام طرق تعتمد على الانحدار المركزي (GBLUP وRKHS) تحت سيناريوهين للتحقق المتبادل: توافر (CV2) أو عدمه (CV1) للبيانات الظاهرية لمجموعة التحقق، في واحدة من البيئات. حققت استراتيجية اختيار علامات محددة للسمات قدرة تنبؤية (PA) للتنبؤ الجيني تصل إلى 22% أعلى من العلامات المختارة بناءً على عدم التوازن في الربط المحايد (LD). تم التنبؤ بتحمل الإجهاد الناتج عن الجفاف بشكل أفضل يصل إلى 32% بواسطة نماذج متعددة البيئات (وخاصة نماذج RKHS) تحت استراتيجية CV2. تحت استراتيجية CV1 الأقل ملاءمة، حققت النماذج متعددة البيئات قدرة تنبؤية مشابهة للتنبؤات في بيئة واحدة. كما أظهرنا أنه يمكن الحصول على قدرة تنبؤية معقولة باستخدام 3,000 علامة SNP فقط، حتى في مجموعة ذات امتداد LD منخفض، بشرط أن يكون اختيار العلامات مبنياً على LD الثنائي. يتم مناقشة الآثار المترتبة على هذه النتائج في التربية لتحمل الجفاف. الخيار الأقل استهلاكاً للموارد سيكون الفينوتيب الدقيق لمجموعة المرجع في بيئة ملائمة وتحت جفاف مُدار، بينما سيتم فحص مجموعة المرشحين فقط تحت واحدة من تلك البيئات.