The application of reduced-representation sequencing techniques for studying the structure of plant populations: A case study in common bean (Phaseolus vulgaris L.)

The dissertation is comprised of two chapters. The first chapter is a literature review on the application of the two of the most frequently used reduced-representation sequencing techniques: RADseq (RAD sequencing; Restriction-site Associated DNA-sequencing) and GBS (Genotyping-by-Sequencing). Both techniques are based on the use of restriction enzymes and were developed primarily for genome-wide discovery of single-nucleotide polymorphism (SNP) markers. These methods have already been used in hundreds of studies to investigate the genetic diversity of large numbers of individuals under lowered cost and have shown to perform well in a wide range of research applications. Here, the focus is on their utility for assessing genetic diversity in plants, as the use of these methods in plants can have specific challenges due to genome size, complexity, polyploidy and amount of repetitive sequences, but also provides an advantage of studying big numbers of samples with large genomes at a relatively low price. The second chapter presents experimental research performed on a common bean (Phaseolus vulgaris L.) population developed to segregate for the traits of the domestication syndrome. The population’s genomic composition is assessed and described, and its value for research and breeding discussed. The population was genotyped using GBS and the results analyzed to show the structure and diversity of the population, linkage decay, the observed heterozygosity, introgressions, and recombination breakpoints. Its utility for QTL mapping purposes is shown for the traits of flower color and flowering time, while the results for pod related traits of the domestication syndrome. for which the population was developed, are studied and presented separately.

La tesi è composta da due capitoli. Il primo capitolo è una revisione della letteratura sulle due tecniche di sequenziamento a rappresentazione ridotta con: il RAD sequencing (sequenziamento del DNA associato al sito di restrizione) e il GBS (Genotyping by Sequencing). Entrambe sono basate sull’uso di enzimi di restrizione e sviluppate principalmente per la scoperta di marcatori associati a polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) su genoma. Queste technique sono già state utilizzati in centinaia di studi per analizzare la diversità genetica di individui numerosi a costo ridotto, e hanno dimostrato di funzionare bene in una vasta gamma di applicazioni di ricerca. Qui, l'attenzione è sulla loro utilità nella valutazione della diversità genetica nelle piante, in quanto l'uso può essere soggetto a sfide specifiche, dovute a dimensioni del genoma, complessità, poliploidia e quantità di sequenze ripetitive, ma offre nello stesso tempo il vantaggio di poter studiare un grande numero di campioni con genomi di grandi dimensioni ad un prezzo relativamente basso. Il secondo capitolo è un lavoro di ricerca su una popolazione di fagiolo (Phaseolus vulgaris L.) sviluppata per segregare per i tratti della sindrome della domesticazione. Abbiamo valutato, descritto e discusso la composizione genomica della popolazione e il suo valore per scopi di ricerca e di breeding. La popolazione è stata genotipizzata utilizzando GBS ed i risultati sono stati analizzati per determinare la struttura e la diversità della popolazione, il decadimento LD, l'eterozigosi osservata, leintrogressioni e i punti di rottura della ricombinazione. E’ mostrata l’utilità della popolazione per mappare QTL relativi ai caratteri colore del fiore e tempo di fioritura, mentre i risultati relativi ai caratteri legati agli effetti della domesticazione sul baccelo, per i quali la popolazione è stata sviluppata, sono studiati e presentati separatamente.