Association mapping of germinability and seedling vigor in sorghum under controlled low-temperature conditions

Sorghum is one of the world's most important food, feed, and fiber crops as well as a potential feedstock for lignocellulosic bioenergy. Early-season planting extends sorghum's growing season and increases yield in temperate regions. However, sorghum's sensitivity to low soil temperatures adversely impacts seed germination. In this study, we evaluated the 242 accessions of the ICRISAT sorghum mini core collection for seed germination and seedling vigor at 12°C as a measure of cold tolerance. Genome-wide association analysis was performed with approximately 162177 single nucleotide polymorphism markers. Only one marker locus (Locus 7-2) was significantly associated with low-temperature germination and none with vigor. The linkage of Locus 7-2 to lowtemperature germination was supported by four lines of evidence: strong association in three independent experiments, co-localization with previously mapped cold tolerance quantitative trait loci (QTL) in sorghum, a candidate gene that increases cold tolerance and germination rate when its wheat homolog is overexpressed in tobacco, and its syntenic region in rice co-localized with two cold tolerance QTL in rice. This locus may be useful in developing tools for molecular breeding of sorghums with improved low-temperature germinability. Key words: sorghum, association mapping, SNP, early-season cold tolerance. Le sorgho est l'une des plus importantes cultures au monde, autant pour sa production de fibres que d'aliments pour les humains et les animaux, ainsi que pour son potentiel en tant que matiere premiere pour la production de bioenergie lignocellulosique. Un semis hatif permet de rallonger la saison de croissance et d'augmenter les rendements dans les regions temperees. Cependant, la sensibilite du sorgho aux basses temperatures du sol a des impacts negatifs sur la germination des graines. Dans cette etude, les auteurs ont evalue 242 accessions de la collection nucleaire minimale (<< mini core collection>>) de l'ICRISAT pour leur germination et la vigueur des plantules a 12 °C afin d'en mesurer la tolerance au froid. Une analyse d'association pangenomique a ete realisee au moyen d'environ 162177 marqueurs mononucleotidiques (SNP). Seul un marqueur (Locus 7-2) a montre une association significative avec la germination a basse temperature et aucun a la vigueur des plantules. L'association entre le Locus 7-2 et la germination a basse temperature etait supportee par quatre evidences : une forte association au sein de trois experiences independantes, une colocalisation avec des locus de caracteres quantitatifs (QTL) identifies anterieurement chez le sorgho, la presence d'un gene candidat qui accroit la tolerance au froid et le taux de germination lorsque l'orthologue de ce gene present chez le ble est surexprime chez le tabac, et le fait que la region correspondante chez le riz contient deux QTL pour la tolerance au froid. Ce locus pourrait s'averer utile en vue du developpement de sorghos dotes d'une meilleure germination a basse temperature a l'aide d'outils de selection moleculaires. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : sorgho, cartographie par association pangenomique, SNP, basses temperatures en debut de saison.
Introduction The response of plants to suboptimal temperatures is in part related to the center of origin of a given plant species. Plants with centers of origin in temperate regions [...]