אוכלוסיית השעורה הציטונוקלארית מרובת-ההורים (CMPP) כמשאב חדשני לחקר אינטראקציות ציטונוקלאריות

קרובי הבר של גידולים חקלאיים טומנים בחובם פוטנציאל משמעותי להרחבת המגוון הגנטי של הגידולים המתורבתים, בעיקר עבור תכונות חיוניות ליציבות היבול תחת עקות סביבתיות. בעוד שאוכלוסיות מיפוי קיימות מתמקדות בעיקר במגוון גרעיני, חשיבות האינטראקציות הציטונוקלאריות (CNIs) בין הגנום הציטופלסמטי והגנום הגרעיני בעיצוב תכונות חקלאיות מורכבות עדיין לא נחקרה מספיק. במחקר זה אנו מציגים את אוכלוסיית השעורה הציטונוקלארית מרובת-ההורים (CMPP), משאב חדשני בין-מיני המורכב מ-924 קווים הפלואידיים כפולים (הומוזיגוטיים), המאורגנים לעשר תת-משפחות, שכל אחת מהן מציגה הפרדה של הגנומים הגרעיניים והציטופלסמטיים כאחד. בניסויי שדה מקיפים (2022–2024) אנו מדגימים השפעות מובהקות של מוצא ציטופלסמטי על תכונות חשובות של השיבולת והגרגרים, בדגש על משקל אלף גרגרים (TGW) ויעילות הפרי בעת ההבשלה (FEm), וכן על מדדי יציבות התכונות. באמצעות גנוטיפ שהופק מריצוף גנום מלא (WGS), הצלחנו להבחין בין השפעות ציטופלסמטיות לבין סחיפה גנטית גרעינית, ואישרנו תרומה ציטופלסמטית ממשית. מיפוי אפיסטטי כלל-גנומי זיהה 16 אתרי תכונה כמותיים ציטונוקלאריים (cnQTL), המראים השפעות גרעיניות התלויות במקור הציטופלסמטי, ומדגישים את חשיבותם בשונות של תכונות. הרצה של מודלים לניבוי גנומי (genomic prediction), שכללו אינטראקציות ספציפיות לתת-משפחה ולגנום הציטופלסמטי, הדגימה שלגבי רוב התכונות גישה זו מגיעה לרמת דיוק המקבילה לזו המושגת באמצעות שימוש במטריצת הגנוטיפ המלאה, למרות שהיא משתמשת רק בחלק קטן (פחות מ-1.5%) ממשתני הקלט, ובכך מקטינה משמעותית את העומס החישובי של הניתוח. לכן, אוכלוסיית ה-CMPP מהווה תשתית גנטית קבועה וחדשנית המנצלת קשרים ציטופלסמטיים ללכידת שונות רבה יותר באוכלוסייה, עשויה להוביל לאסטרטגיות טיפוח מדויקות יותר, ומשמשת כנקודת פתיחה לאפיון מולקולרי מעמיק.