Genome-wide association mapping for bacterial spot resistance in peach germplasm based on SNPs

Peach (Prunus persica) is one of the best genetically characterized deciduous trees and the third most important temperate fruit crop worldwide. This crop is vulnerable to bacterial spot caused by Xanthomonas arboricola pv. pruni (Xap) and breeding for resistance has been the main choice to control the disease. With the aim to contribute with breeding for more resistant cultivars, and perform genome-wide association analysis (GWAS), we explored the use of genotyping by sequencing (GBS) for large-scale SNP discovery and simultaneous genotyping and performed high quality phenotyping for Xap response, among a panel with 220 peach genotypes, representative of the Brazilian breeding germplasm. A total of 93,353 SNP markers were discovered, and after filtering 18,373 high quality SNPs were used in analyses. Thirty-four percent of selected SNPs were located in genic regions and 70% of these in the coding sequence. Strong population genetic structure was detected, with the distribution of genotypes within subpopulations based mainly on fruit-related traits: melting and non-melting flesh. Linkage disequilibrium (LD) patterns suggested a medium LD level, with the extent of LD highly dependent on the subpopulations and genome regions. Field evaluation and detached leaf assessments were reliable and complementary methods to identify Xap resistant sources. The genotypes ‘Norman’, ‘Cristal Taquari’, ‘La Feliciana’ and ‘Precocinho’ were considered highly resistant sources and may be effective alternatives to improve Xap resistance in peach. Overall, the germplasm evaluated showed great variability for response to Xap, allowing the identification of contrasting genotypes for the trait of interest. Genotypes with resistance could be preferred for peach production areas more subjected to disease occurrence, or used as parents by the breeding program to improve resistance. GWAS analysis validated and defined more accurately the known genomic regions underlying Xap resistance, as well as identified novel candidate genes that provide useful targets for further investigation. Several informative SNPs were functionally annotated in genes involved in defense mechanisms against pathogen infection, highlighting two genomic regions, located on chromosome 1 (2.59 Mbp) and 2 (2.85 Mbp), respectively, both housing several R genes. Our results provide new insights into breeding for Xap resistance in peach, with great potential for subsequent application of marker-assisted selection.O pessegueiro (Prunus persica) é uma das espécies decíduas geneticamente melhor caracterizadas e a terceira frutífera mais importante de clima temperado em todo o mundo. A cultura é vulnerável à bacteriose causada pelo patógeno Xanthomonas arboricola pv. pruni (Xap) e o melhoramento genético visando resistência têm sido a melhor forma de controle da doença. Com o objetivo de contribuir para desenvolvimento de cultivares com maior resistência e implementar análises de associação genômica ampla (GWAS), foi explorado o uso de genotipagem por sequenciamento (GBS) para descoberta e genotipagem simultânea de SNPs em larga escala e realizada caracterização fenotípica para resposta à Xap, em um painel de 220 genótipos de pessegueiro, representativos do germoplasma disponível para melhoramento no Brasil. Um total de 93.353 marcadores SNPs foram descobertos e após filtragem de alta qualidade 18.373 SNPs foram utilizados. Destes, 34% estavam localizados em regiões genômicas, sendo 70% destes em regiões codificantes. Foi detectada forte estrutura genética de população e a distribuição dos genótipos dentro de subpopulações baseou-se principalmente em características relacionadas à fruta: polpa fundente e polpa não-fundente. Padrões de desequilíbrio de ligação (LD) sugeriram uma queda média de LD em relação à distância e a extensão do LD altamente dependente da subpopulação e das regiões do genoma. Avaliações de campo e através do bioensaio de folhas destacadas mostraram resultados confiáveis e complementares para identificar fontes resistentes à Xap. Os genótipos 'Norman', 'Cristal Taquari', 'La Feliciana' e 'Precocinho' foram considerados fontes altamente resistentes e podem ser alternativas efetivas para melhorar a resistência à Xap em pessegueiro. Em geral, o germoplasma avaliado mostrou grande variabilidade para resposta à Xap, permitindo a identificação de genótipos contrastantes para a característica de interesse. Os genótipos com resistência podem ser preferencialmente utilizados em áreas de produção com maior ocorrência da doença, ou utilizados como genitores no programa de melhoramento visando aumentar o nível de resistência. Análises de GWAS validaram e definiram com mais precisão as regiões genômicas identificadas com resistência ao patógeno em estudos anteriores, bem como possibilitaram a identificação de novos genes candidatos que necessitam ser melhor ix estudados. Vários SNPs informativos foram funcionalmente anotados em genes envolvidos em mecanismos de defesa à infecção por patógenos, com destaque para duas regiões genômicas, localizadas no cromossomo 1 (2,59 Mpb) e 2 (2,85 Mpb), respectivamente, ambas identificadas com vários genes R. Os resultados encontrados abrem novos caminhos para o melhoramento genético visando resistência a Xap, com grande potencial para subsequente aplicação de seleção assistida por marcadores