Mapping epigenetic quantitative trait loci (QTL) altering a developmental trajectory

Rongling Wu, Chang-Xing Ma, Jun Zhu, and George Casella

Abstract: Genetic variation in a quantitative trait that changes with age is important to both evolutionary biologists and breeders. A traditional analysis of the dynamics of genetic variation is based on the genetic variance–covariance matrix among different ages estimated from a quantitative genetic model. Such an analysis, however, cannot reveal the mechanistic basis of the genetic variation for a growth trait during ontogeny. Age-specific genetic variance at time t conditional on the causal genetic effect at time t – 1 implies the generation of episodes of new genetic variation arising during the interval t – 1 to t. In the present paper, the conditional genetic variance estimated from Zhu's (1995) conditional model was partitioned into its underlying individual quantitative trait loci (QTL) using molecular markers in an F₂ progeny of poplars (Populus trichocarpa and Populus deltoides). These QTL, defined as epigenetic QTL, govern the alterations of growth trajectory in a population. Three epigenetic QTL were detected to contribute significantly to variation in growth trajectory during the period from the establishment year to the subsequent year in the field. It is suggested that the activation and expression of epigenetic QTL are influenced by the developmental status of trees and the environment in which they are grown.

Key words: epigenetic modification, development, marker, poplar, QTL.

Résumé : La variation génétique d'un caractère quantitatif qui change avec l'âge est d'intérêt tant pour les biologistes étudiant l'évolution que pour les sélectionneurs. Une analyse traditionnelle de la dynamique de la variation génétique s'appuie sur une matrice de variance–covariance génétique pour les différents groupes d'âge, tel qu'estimé sur la base d'un modèle de génétique quantitative. Une telle analyse ne peut pas cependant révéler les mécanismes sous-tendant la variation génétique pour un caractère au cours du développement. Une variance génétique, spécifique d'un âge, au temps t et qui est conditionnée par l'effet génétique au temps t – 1 implique une série de nouvelles variances génétiques survenant dans l'intervalle t – 1 à t. Dans ce travail, la variance génétique conditionnelle estimée à l'aide du modèle conditionnel de Zhu (1995) a été décomposée en composantes loci de caractère quantitatif (QTL) individuelles à l'aide de marqueurs moléculaires au sein d'une population F₂ des peupliers Populus trichocarpa et Populus deltoides. Ces QTL, définis comme des QTL épigénétiques, gouvernent les changements au niveau de la courbe de croissance au sein d'une population. Trois QTL épigénétiques, contribuant de manière significative à la variation de la courbe de croissance lors de la période séparant l'année d'établissement de l'année qui suit, ont été détectés. Les auteurs suggèrent que l'activation et l'expression de QTL épigénétiques sont influencées par le statut ontogénique des arbres et par l'environnement dans lequel ceux-ci se trouvent.

Mots clés : modification épigénétique, développement, marqueur, peuplier, QTL.

[Traduit par la Rédaction]