A Genome-Wide Association Study on Soybean Root Traits under Waterlogging Condition Waleed Khan : 침수 스트레스 시 콩 뿌리의 특성 변화에 관한 전장 유전체 분석

국문 초록 (Abstract)

글로벌 식량 및 경제적 필수품으로서 콩(Glycine max L.)의 중요성은 많이 알려져 있으며, 비생물적 스트레스에 대한 콩의 저항력은 생산성을 유지하고 식량 안보에 기여 하는 데 매우 중요합니다. 본 연구는 주요 비생물적 스트레스인 침수에 대한 저항성을 부여하는 뿌리 형태적 특성(RMTs)의 유전적 결정 요인을 이해하는 데 중점을 두었습니 다. 267개의 유전자원을 대상으로 주요 RMT의 유전적 기초를 설명하기 위해 세 가지 모 델(GLM, FarmCPU, BLINK)을 채택하여 94,574개의 고품질 단일 염기 다형성(SNP)을 사용 한 전장유전체연관분석 (GWAS)을 수행했습니다. 이 연구의 목적은 중요한 뿌리 특성과 관련된 유전자좌를 식별하는 것이었습니다. GWAS를 통해 AD 및 SA 특성에 대한 중요 한 SNP가 19번 염색체에 위치하고 있음을 발견하여 뿌리 특성에 대한 중요한 연관성을 확인했으며, 이는 뿌리 형태적 특성에 기여하는 유전자좌일 가능성을 시사했습니다. 연결 불균형(LD) 감소 분석과 LD 블록 형성을 통해 관심 영역을 더욱 정확하게 지목하여 이 러한 유전체 구간 내에서 가상의 유전자를 식별할 수 있었습니다. 유전자 주석 및 설명 에 따라, 스트레스 반응 메커니즘 및 뿌리 발달에 잠재적으로 관여하는 다섯 개의 유전 자 Glyma.19G136400 (calcium transport), Glyma.19G136700 (UDP-glucosyltransferase), Glyma.19G137400 (Glycotransferase), Glyma.19G249100 (Ethylene response sensor 2-related), Glyma.19G249200 (At hook MOTIF DNA-binding family protein family)가 강조되었습니다. 이 연구 결과는 콩의 뿌리 형태의 유전적 기초에 대한 중요한 통찰을 제공하며, 비생물적 스트레스 저항성을 향상시키기 위한 육종 프로그램의 잠재적 목표를 강조합니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The global significance of soybean (Glycine max) as a nutritional and economic staple is well- documented, with its resilience to abiotic stresses being critical for sustaining productivity and contributing to food security. This study focused on understanding the genomic determinants of root morphological traits (RMTs) that confer resistance to waterlogging—a prevalent abiotic stress. A Genome-Wide Association Studies (GWAS) was employed on a dataset of 267 accessions adopting three models; GLM, FarmCPU, and BLINK, to elucidate the genetic basis of key RMTs, employing 94,574 high-quality Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs). The study aimed to identify loci associated with important root traits. The GWAS identified significant associations for root traits, with notable SNPs located on chromosome 19 for the trait AD and SA, suggesting genetic loci that contribute to important root morphological traits. The linkage disequilibrium (LD) decay analysis and the LD block formation further pinpointed regions of interest, facilitating the identification of putative genes within these genomic intervals. Based on the genes annotation and description, five genes, among a large set of found genes were highlighted for their potential involvement in stress response mechanisms and root development, including Glyma.19G136400 (calcium transport), Glyma.19G136700 (UDP- glucosyltransferase), Glyma.19G137400 (Glycotransferase), Glyma.19G249100 (Ethylene response sensor 2-related), and Glyma.19G249200 (At hook MOTIF DNA-binding family protein family) implicating their roles in enhancing root architecture and stress tolerance. Our findings provide significant insights into the genetic foundations of root morphology in soybeans and underscore potential targets for breeding programs aimed at improving abiotic stress resilience. Keywords: Soybean, GWAS, Root morphological traits, SNP

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and methods 5
• 2.1. Seeds coreset 5
• 2.2. Seed sowing and growing condition 5
• 2.3. Data acquisition and statistical analysis 6
• 2.4. GWAS and Significant SNP Identification 7
• 3. Results 8
• 3.1. ANOVA of the measured root morphological traits 8
• 3.2. Distribution analysis of the root traits 12
• 3.3. SNP Profile 14
• 3.4. GWAS of Root Morphological Traits 15
• 3.5. Haplotype Blocks 19
• 3.6. Putative gene search in the genomic region 19
• 4. Discussion 23
• 5. Conclusion 29
• (초록) 34