1. Genetic diversity, linkage disequilibrium and power of a large grapevine (Vitis vinifera L) diversity panel newly designed for association studies
- Author
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Roberto Bacilieri, Valérie Laucou, Loïc Le Cunff, Frédéric Martins, Amandine Launay, Stéphane Nicolas, Sophie Valière, Agnès Doligez, Aurélie Bérard, Marie-Christine Le Paslier, Alexis Dereeper, Jean-Pierre Péros, Brigitte Mangin, Thierry Lacombe, Patrice This, Philippe Chatelet, Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales (UMR AGAP), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Génétique Quantitative et Evolution - Le Moulon (Génétique Végétale) (GQE-Le Moulon), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Etude du Polymorphisme des Génomes Végétaux (EPGV), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT INRA), Génome et Transcriptome - Plateforme Génomique (GeT-PlaGe), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Plateforme Génome & Transcriptome (GET), Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (I2MC), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Géno-vigne® (UMT Géno-vigne®), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut Français de la Vigne et du Vin (IFV)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), UMR - Interactions Plantes Microorganismes Environnement (UMR IPME), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université de Montpellier (UM)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud]), ANR-08-GENM-0002,DLVitis,Structure génétique et déséquilibre de liaison chez 3 espèces du genre Vitis(2008), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-AgroParisTech-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Etude du Polymorphisme des Génomes végétaux - EPGV [Evry], Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de Génotypage (CNG), Unité Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse (MIAT), GeT PlaGe, Genotoul, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), BMC, BMC, Génomique - Structure génétique et déséquilibre de liaison chez 3 espèces du genre Vitis - - DLVitis2008 - ANR-08-GENM-0002 - GENM - VALID, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])-Université de Montpellier (UM)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Génopole Toulouse Midi-Pyrénées [Auzeville] (GENOTOUL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro), Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut Français de la Vigne et du Vin (IFV)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Doligez, Agnes, Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Amélioration génétique et adaptation des plantes méditerranéennes et tropicales ( UMR AGAP ), Institut national de la recherche agronomique [Montpellier] ( INRA Montpellier ) -Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ), Génétique Quantitative et Evolution - Le Moulon (Génétique Végétale) ( GQE-Le Moulon ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -AgroParisTech-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de Génotypage ( CNG ), Unité Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse ( MIAT ), Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ), Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires ( I2MC ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Hôpital de Rangueil-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Géno-vigne® ( UMT Géno-vigne® ), Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut Français de la Vigne et du Vin (IFV), UMR - Interactions Plantes Microorganismes Environnement ( UMR IPME ), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Université de Montpellier ( UM ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD [France-Sud] ), and ANR-08-GENM-0002,DLVitis,Structure génétique et déséquilibre de liaison chez 3 espèces du genre Vitis ( 2008 )
- Subjects
0106 biological sciences ,0301 basic medicine ,Linkage disequilibrium ,[SDV]Life Sciences [q-bio] ,Genome-wide association study ,Plant Science ,polymorphisme ,01 natural sciences ,Genome-wide association studies ,Haplotype ,Vitis ,sylvestris ,Association mapping ,2. Zero hunger ,Genetics ,changement climatique ,Vegetal Biology ,Vassal collection ,Tag SNP ,[SDV] Life Sciences [q-bio] ,Phenotype ,diversité génétique ,Kinship ,Gene pool ,génotype ,Research Article ,Genetic Markers ,Association panel ,Genotype ,SNP ,Biology ,Genes, Plant ,Polymorphism, Single Nucleotide ,03 medical and health sciences ,Species Specificity ,Genetic variation ,Genetic association ,Genetic diversity ,vitis ,association panel ,linkage disequilibrium ,power ,genome-wide association studies ,SSR ,haplotype ,kinship ,[ SDV ] Life Sciences [q-bio] ,Genetic Variation ,030104 developmental biology ,13. Climate action ,Power ,vigne ,Biologie végétale ,Genome-Wide Association Study ,010606 plant biology & botany ,cultivar - Abstract
Background As for many crops, new high-quality grapevine varieties requiring less pesticide and adapted to climate change are needed. In perennial species, breeding is a long process which can be speeded up by gaining knowledge about quantitative trait loci linked to agronomic traits variation. However, due to the long juvenile period of these species, establishing numerous highly recombinant populations for high resolution mapping is both costly and time-consuming. Genome wide association studies in germplasm panels is an alternative method of choice, since it allows identifying the main quantitative trait loci with high resolution by exploiting past recombination events between cultivars. Such studies require adequate panel design to represent most of the available genetic and phenotypic diversity. Assessing linkage disequilibrium extent and panel power is also needed to determine the marker density required for association studies. Results Starting from the largest grapevine collection worldwide maintained in Vassal (France), we designed a diversity panel of 279 cultivars with limited relatedness, reflecting the low structuration in three genetic pools resulting from different uses (table vs wine) and geographical origin (East vs West), and including the major founders of modern cultivars. With 20 simple sequence repeat markers and five quantitative traits, we showed that our panel adequately captured most of the genetic and phenotypic diversity existing within the entire Vassal collection. To assess linkage disequilibrium extent and panel power, we genotyped single nucleotide polymorphisms: 372 over four genomic regions and 129 distributed over the whole genome. Linkage disequilibrium, measured by correlation corrected for kinship, reached 0.2 for a physical distance between 9 and 458 Kb depending on genetic pool and genomic region, with varying size of linkage disequilibrium blocks. This panel achieved reasonable power to detect associations between traits with high broad-sense heritability (> 0.7) and causal loci with intermediate allelic frequency and strong effect (explaining > 10 % of total variance). Conclusions Our association panel constitutes a new, highly valuable resource for genetic association studies in grapevine, and deserves dissemination to diverse field and greenhouse trials to gain more insight into the genetic control of many agronomic traits and their interaction with the environment. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:10.1186/s12870-016-0754-z) contains supplementary material, which is available to authorized users.
- Published
- 2016