Strategie molekularne w nowoczesnej hodowli roślin
Weronika Jarska
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików (Poland)
Agnieszka Niedziela
a.niedziela@ihar.edu.plInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików (Poland)
Renata Orłowska
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików (Poland)
Piotr T. Bednarek
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików (Poland)
Abstrakt
Rozwój biologii molekularnej, a w szczególności technologii markerowych oraz narzędzi statystycznych umożliwiających analizę dużej liczby danych uzyskiwanych dla szerokiego typu populacji mapujących sprawia, że zmienia się podejście do selekcji materiałów roślinnych dla potrzeb hodowli. Coraz silniejszy nacisk kładzie się na selekcję wielu cech użytkowych przy jednoczesnym wykorzystaniu elitarnych, zwykle niespokrewnionych ze sobą lecz wyrównanych pod względem genetycznym materiałów roślinnych. Rozwijane obecnie metody umożliwiające prowadzenie selekcji za pomocą markerów DNA w oparciu o złożone populacje mapujące są znane tylko wąskiej grupie specjalistów natomiast metody wykorzystujące ściśle zdefiniowane modele genetyczne, ze względu na ich liczne ograniczenia, zdają się być negowane. Niniejsza praca poświęcona jest omówieniu możliwości metod selekcji wykorzystujących szeroki wachlarz metod biologii molekularnej.
Słowa kluczowe:
mapowanie genetyczne, mapowanie asocjacyjne, selekcja genomowaBibliografia
Alheit K. V., Reif J. C., Maurer H. P., Hahn V., Weissmann E.A., Miedaner T., Würschum T. 2011. Detection of segregation distortion loci in triticale (x Triticosecale Wittmack) based on a high density DArT marker consensus genetic linkage map. BMC Genomics 12: 380.
Google Scholar
Bar-Hen A., Charcosset A., Bourgoin M., Guiard J. 1995. Relationship between genetic markers and morphological traits in a maize inbred line collection. Euphytica 84, 2: 145 — 154.
Google Scholar
Beer S., Siripoonwiwat W., O’Donoughue L., Souza E., Mathews D., Sorrels M. 1997. Associations between molecular markers and quantitative traits in oat germplasm pool: can we infer linkages? J. Agric. Genom. 3 http://wheat.pw.usda.gov/jag/papers97/paper197/jqt.
Google Scholar
Boopathi M. N., 2013. Genetic mapping and marker assisted selection: basics, practice and benefits. Published by Springer India: 23–37 pp., 117 — 163 pp.
Google Scholar
Börner A., Korzun V. 1998. A consensus linkage map of rye (Secale cereale L.) including 374 RFLPs, 24 isozymes and 15 gene loci. Theor. Appl. Genet. 97, 8: 1279 — 1288.
Google Scholar
Broman K. W. 2001. Review of statistical methods for QTL mapping in experimental crosses. Lab Animal. 30, 7: 44 — 52.
Google Scholar
Carling J., Heller-Uszyńska K., Jaccoud D., Machado A., Hopper C., Xia L., Vippin C., Caig V., Uszyński G., Kilian A. 2015. DArTTM and DArTseqTM genome profiling for breeding, pre-breeding and population genetics applications. Contribution P0052, XXIII Plant and Animal Genome, San Diego, CA 10 — 14.
Google Scholar
Cavanagh C., Morell M., Mackay I., Powell W. 2008. From mutations to MAGIC: resources for gene discovery, validation and delivery in crop plants. Cur. Opin. Plant Biol. 11: 215 — 221.
Google Scholar
Chankaew S., Isemura T., Naito K., Ogiso-Tanaka E., Tomooka N., Somta P., Kaga A., Vaughan D. A., Srinives P. 2014. QTL mapping for salt tolerance and domestication-related traits in Vigna marina subsp. oblonga, a halophytic species. Theor. Appl. Genet. 127, 3: 691 — 702.
Google Scholar
Elshire R. J., Glaubitz J. C., Sun Q., Poland J. A., Kawamoto K., Buckler E. S., Mitchell S. E. 2011. A Robust, Simple Genotyping-by-Sequencing (GBS) approach for high diversity species. PLoS ONE 6, 5: e19379.
Google Scholar
Gale M. D., Atkinson M. D., Chinoy C. N., Harcourt R. L., Jia J., Li Q. Y., Devos K. M. 1995. Genetic maps of hexaploid wheat. In Proc 8th Int. Wheat Genet Symp. China Agricultural Scientech Press, Beijing (pp. 29 — 40).
Google Scholar
Habier D., Fernando R. L., Garrick D. J. 2013. Genomic BLUP decoded: a look into the black box of genomic prediction. Genetics 194: 597 — 607.
Google Scholar
Haley C. S., Knot S. A. 1992. A simple regression method for mapping quantitative trait loci in line crosses using flanking markers. Heredity 69: 315 — 324.
Google Scholar
Hall D., Tegströmand C., Ingvarsson P. K. 2010. Using association mapping to dissect the genetic basis of complex traits in plants. Brief Funct Genomics 9, 2: 157 — 165.
Google Scholar
Hamblin M. T., Buckler E. S., Jannink J. L. 2011. Population genetics of genomics-based crop improvement methods. Trends Genet. 27, 3: 98 — 106.
Google Scholar
Heffner E. L., Sorrells M. E., Jannink J.-L. 2009. Genomic selection for crop improvement. Crop Sci. 49: 1 — 12.
Google Scholar
Hospital F. 2005. Selection in backcross programmes. Phil. Trans. R. Soc. B. 360: 1503 — 1511.
Google Scholar
Jansen R. C. 1993. Interval mapping of multiple quantitative trait loci. Genetics 135: 205 — 211.
Google Scholar
Jonas E., de Koning D.-J. 2013 Does genomic selection have a future in plant breeding?, Trends Biotechnol. 31, 9: 497 — 504.
Google Scholar
Kao C.-H., Zeng Z.-B., Teasdale R. D. 1999. Multiple Interval Mapping for Quantitative Trait Loci. Genetics. 152, 3: 1203 — 1216.
Google Scholar
Kearsey M. J., Farquhar A. G. L. 1998. QTL analysis; where are we now? Heredity 80, 2: 137 — 142.
Google Scholar
Kennard W., Phillips R., Porter R., Grombacher A., Phillips R. L. 1999. A comparative map of wild rice (Zizania palustris L. 2n=2x=30). Theor Appl Genet. 99: 5: 793 — 799.
Google Scholar
Lander E. S., Botstein D. 1989. Mapping mendelian factors underlying quantitative traits using RFLP linkage maps. Genetics 121, 1: 185 — 199.
Google Scholar
Langridge P., Karakousis A., Collins N., Kretschmer J., Manning S. 1995. A consensus linkage map of barley. Mol Breed. 1: 389 — 395.
Google Scholar
Mansur L. M., Lark K. G., Kross H., Oliveira A. 1993. Interval mapping of quantitative trait loci for reproductive, morphological, and seed traits of soybean (Glycine max L.). Theor. Appl. Genet. 86, 8: 907 — 913.
Google Scholar
Mauricio R. 2001. Mapping Quantitative Trait loci in plants: uses and caveats for evolutionary biology. Nature 2: 370 — 380.
Google Scholar
McMullen M. D., Louie R. 1989. The linkage of molecular markers to a gene controlling the symptom response in maize to maize dwarf mosaic virus. Mol Plant Microbe Interact. 2: 309 — 314.
Google Scholar
Meuwissen T. H. E., Hayes B. J., Goddard M. E. 2001. Prediction of total genetic value using genome-wide dense marker maps. Genetics 157: 1819 — 1829.
Google Scholar
Milczarski P., Bolibok-Brągoszewska H., Myśków B., Stojałowski S., Heller-Uszyńska K., Góralska M., Brągoszewski P., Uszyński G., Kilian A., Rakoczy-Trojanowska M. 2011. A high density consensus map of rye (Secale cereale L.) based on DArT markers. PLoS ONE 6:12: e28495.
Google Scholar
Mitchell-Olds T. 1995. Interval mapping of viability loci causing heterosis in Arabidopsis. Genetics. 140, 3: 1105 — 1109.
Google Scholar
Nakaya A., Isobe S. N. 2012. Will genomic selection be a practical method for plant breeding? Ann Bot. 110: 1303 — 1316.
Google Scholar
Pereira M. G., Lee M. 1995. Identification of genomic regions affecting plant height in sorghum and maize. Theor Appl Genet. 90, 3-4: 380 — 388.
Google Scholar
Pritchard J. 2001. Deconstructing maize population structure. Nat Genet. 28 (3): 203 — 204.
Google Scholar
Pritchard J. K., Stephens M, Rosenberg N.A., Donnelly P. 2000. Association mapping in structured populations. Am J Hum Genet. 67: 170 — 181.
Google Scholar
Qi Z., Han X., Hou M., Xin D., Wang Z., Zhu R., Hu Z., Jiang H., Li C., Liu C., Hu G., Chen Q. 2014. QTL analysis of soybean oil content under 17 environments. Can. J. Plant Sci. 94: 245 — 261.
Google Scholar
Rafalski J. A. 2010. Association genetics in crop improvement. Current Opinion in Plant Biology 13, 2: 174 — 180.
Google Scholar
Sax K. 1923. The association of size differences with seed-coat pattern and pigmentation in Phaseolus vulgaris. Genetics 8: 552 — 560.
Google Scholar
Semagn K., Bjørnstad Å., Ndjiondjop M. N. 2006. An overview of molecular marker methods for plants. Afr. J. Biotechnol. 5, 25: 2540 — 2568.
Google Scholar
Semagn K., Bjørnstad A., Xu Y. 2010. The genetic dissection of quantitative traits in crops. Electron J Biotechnol. 13: 5, http://dx.doi.org/10.2225/vol13-issue5-fulltext-14.
Google Scholar
Soto-Cerda B. J., Cloutier S. 2012. Genetic Diversity in Plants. Association mapping in plant genomes. Red. Çalişkan M., http://www.intechopen.com/books/genetic-diversity-in-plants/association-mapping-in-plant-genomes, pp. 29 — 54.
Google Scholar
Thomson M. J., Tai T. H., McClung A. M., Lai X-H., Hinga M. E., Lobos K. B., Xu Y., Martinez C. P., McCouch S. R. 2003. Mapping quantitative trait loci for yield, yield components and morphological traits in an advanced backcross population between Oryza rufipogon and the Oryza sativa cultivar Jefferson. Theor. Appl. Genet. 107, 3: 479 — 93.
Google Scholar
Virk P., Ford-Lloyd B., Jackson M., Pooni H., Clemeno T., Newbury H. 1996. Predicting quantitative variation within rice germplasm using molecular markers. Heredity 76, 3: 296 — 304.
Google Scholar
Xu Y., Crouch J. H. 2008. Marker-assisted selection in plant breeding: from publications to practice. Crop Sci. 48: 391 — 407.
Google Scholar
Yap I. V., Schneider D., Kleinberg J., Matthews D., Cartinhour S., McCouch S. R. 2003. A graph-theoretic approach to comparing and integrating genetic, physical and sequence-based maps. Genetics 165: 2235 — 2247.
Google Scholar
Young N. D., Zamir D., Ganal M. W., Tanksley S. D. 1988. Use of isogenic lines and simultaneous probing to identify DNA markers tightly linked to the Tm-2a gene in tomato. Genetics 120: 579 — 585.
Google Scholar
Yu J., Holland J. B., McMullen M. D., Buckler E. S. 2008. Genetic design and statistical power of nested association mapping in maize. Genetics 178: 539 — 551.
Google Scholar
Zeng A., Chen P., Shi A., Wang D., Zhang B., Orazaly M., Florez-Palacios L., Brye K., Song Q., Cregan P. 2014. Identification of quantitative trait loci for sucrose content in soybean seed. Crop Sci. 54, 2: 554 — 564.
Google Scholar
Zeng Z.-B. 1993. Theoretical basis of separation of multiple linked gene effects on mapping quantitative trait loci. Proc. Natl. Acad. Sci. 90: 10972 — 10976.
Google Scholar
Zeng Z.-B. 1994. Precision mapping of quantitative trait loci. Genetics 136: 1457 — 1468.
Google Scholar
Autorzy
Weronika JarskaInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików Poland
Autorzy
Agnieszka Niedzielaa.niedziela@ihar.edu.pl
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików Poland
Autorzy
Renata OrłowskaInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików Poland
Autorzy
Piotr T. BednarekInstytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin — Państwowy Instytut Badawczy, Radzików Poland
Statystyki
Abstract views: 176PDF downloads: 75
Licencja
Prawa autorskie (c) 2015 Weronika Jarska, Agnieszka Niedziela, Renata Orłowska, Piotr T. Bednarek
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Z chwilą przekazania artykułu, Autorzy udzielają Wydawcy niewyłącznej i nieodpłatnej licencji na korzystanie z artykułu przez czas nieokreślony na terytorium całego świata na następujących polach eksploatacji:
- Wytwarzanie i zwielokrotnianie określoną techniką egzemplarzy artykułu, w tym techniką drukarską oraz techniką cyfrową.
- Wprowadzanie do obrotu, użyczenie lub najem oryginału albo egzemplarzy artykułu.
- Publiczne wykonanie, wystawienie, wyświetlenie, odtworzenie oraz nadawanie i reemitowanie, a także publiczne udostępnianie artykułu w taki sposób, aby każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i w czasie przez siebie wybranym.
- Włączenie artykułu w skład utworu zbiorowego.
- Wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej na platformy elektroniczne lub inne wprowadzanie artykułu w postaci elektronicznej do Internetu, lub innej sieci.
- Rozpowszechnianie artykułu w postaci elektronicznej w internecie lub innej sieci, w pracy zbiorowej jak również samodzielnie.
- Udostępnianie artykułu w wersji elektronicznej w taki sposób, by każdy mógł mieć do niego dostęp w miejscu i czasie przez siebie wybranym, w szczególności za pośrednictwem Internetu.
Autorzy poprzez przesłanie wniosku o publikację:
- Wyrażają zgodę na publikację artykułu w czasopiśmie,
- Wyrażają zgodę na nadanie publikacji DOI (Digital Object Identifier),
- Zobowiązują się do przestrzegania kodeksu etycznego wydawnictwa zgodnego z wytycznymi Komitetu do spraw Etyki Publikacyjnej COPE (ang. Committee on Publication Ethics), (http://ihar.edu.pl/biblioteka_i_wydawnictwa.php),
- Wyrażają zgodę na udostępniane artykułu w formie elektronicznej na mocy licencji CC BY-SA 4.0, w otwartym dostępie (open access),
- Wyrażają zgodę na wysyłanie metadanych artykułu do komercyjnych i niekomercyjnych baz danych indeksujących czasopisma.
Inne teksty tego samego autora
- Prof. dr hab. Piotr T. Bednarek , Renata Orłowska, Analiza zmienności somaklonalnej indukowanej w kulturach in vitro u roślin zbożowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Renata Orłowska, Katarzyna Anna Pachota, Joanna Machczyńska, Agnieszka Niedziela, Janusz Zimny, Piotr T. Bednarek, Zastosowanie metody Taguchiego do poprawy efektywności androgenezy w zbożowych kulturach in vitro , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 287 (2019): Wydanie specjalne
- Dr inż. Renata Orłowska , Piotr T. Bednarek, Sławomir Bany, Molekularna charakterystyka wpływu elementów mobilnych na zmienność genetyczną w zbożowych kulturach in vitro , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Dr Michał Nowak , Piotr T. Bednarek, Justyna Leśniowska-Nowak , Magdalena Sozoniuk , Karolina Dudziak , Magdalena Kawęcka , Karolina Różaniecka , Identyfikacja regionów genomu oraz markerów DNA związanych z heterozją w heksaploidalnym pszenżycie ozimym , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Piotr T. Bednarek, Marzena Wasiak, Agnieszka Niedziela, Poszukiwanie markerów molekularnych genów utrzymania sterylności pyłku u pszenżyta z CMS Tt , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Prof. dr hab. Piotr Bednarek , Agnieszka Niedziela, Marzena Wasiak, Sławomir Bany , Poszukiwanie markerów molekularnych genów przywracania płodności pyłku u żyta (Secale cereale L.) z CMS-Pampa , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 286 (2019): Wydanie specjalne
- Katarzyna Pachota, Agnieszka Niedziela, Renata Orłowska, Piotr T. Bednarek, Nowoczesne metody genotypowania DArT i GBS w hodowli gatunków roślin użytkowych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 279 (2016): Wydanie regularne
- Agnieszka Niedziela, Weronika Jarska, Piotr T. Bednarek, Wybrane elementy nowoczesnych rozwiązań wpływające na skuteczność programów hodowlanych , Biuletyn Instytutu Hodowli i Aklimatyzacji Roślin: Nr 275 (2015): Wydanie regularne