Phylogenetic prediction of Alternaria leaf blight resistance in wild and cultivated species of carrots

Abstract

Plant scientists make inferences and predictions from phylogenetic trees to solve scientific problems. Crop losses due to disease damage is an important problem that many plant breeders would like to solve, so the ability to predict traits like disease resistance from phylogenetic trees derived from diverse germplasm would be a significant approach to facilitate cultivar improvement. Alternaria leaf blight (ALB) is among the most devastating diseases of carrots (Daucus spp., Apiaceae) worldwide. Thus, new approaches to identify resistant germplasm to this disease are needed. In a study of 106 accessions of wild and cultivated Daucus and related genera, we determined plant height is the best explanatory variable to predict ALB resistance using a phylogenetic linear regression model. Using the estimated area under the disease progress curve, the most resistant species to ALB were the non-carrot relative Ammi visnaga (L.) Lam. and the wild carrot relative D. crinitus Desf. A permutation tail probability test was conducted considering phylogenetic signal to evaluate the strength of association between the Daucus phylogeny and ALB resistance. We found that species belonging to clade A, which includes carrots and other Daucus possessing 2n = 18, 20, or 22 chromosomes, are slightly more resistant to ALB than members of other clades of the Daucus phylogeny.

Los fitólogos hacen inferencias y predicciones a partir de árboles filogenéticos para resolver problemas científicos. Las pérdidas de cosechas debidas a enfermedades son un problema importante que a muchos fitomejoradores les gustaría resolver, por lo que la capacidad de predecir rasgos como la resistencia a enfermedades a partir de árboles filogenéticos derivados de germoplasma diverso sería un enfoque significativo para facilitar la mejora de cultivares. El tizón foliar por Alternaria (ALB) es una de las enfermedades más devastadoras de las zanahorias (Daucus spp., Apiaceae) en todo el mundo. Por lo tanto, se necesitan nuevos enfoques para identificar germoplasma resistente a esta enfermedad. En un estudio de 106 accesiones de Daucus silvestre y cultivado y géneros relacionados, determinamos que la altura de la planta es la mejor variable explicativa para predecir la resistencia al ALB utilizando un modelo de regresión lineal filogenética. Utilizando el área estimada bajo la curva de progreso de la enfermedad, las especies más resistentes al EACL fueron el pariente no zanahoria Ammi visnaga (L.) Lam. y el pariente zanahoria silvestre D. crinitus Desf. Se realizó una prueba de probabilidad de cola de permutación teniendo en cuenta la señal filogenética para evaluar la fuerza de la asociación entre la filogenia de Daucus y la resistencia al EACL. Encontramos que las especies pertenecientes al clado A, que incluye zanahorias y otros Daucus que poseen 2n = 18, 20, o 22 cromosomas, son ligeramente más resistentes al ALB que los miembros de otros clados de la filogenia Daucus.