Identifikacija genotipa i mapiranje lokusa za kvantitativna svojstva kod kukuruza primjenom molekularnih markera : doktorska disertacija - Pejić, Ivan; Kozumplik, Vinko; Martinić-Jerčić, Zdravko (Zagreb : I. Pejić, 1996)
Sažetak: U radu je proučavana mogućnost korištenja raznih molekularnih markera za procjenu genetske sličnosti genotipova kukuruza, kao i mogućnost mapiranja lokusa kvantitativnih svojstava (QTL) u germplazmi domaćeg porijekla. Proučavana su tri različita sistema molekularnih markera, polimorfizam fragmenata DNA nakon djelovanja restrikcijskog enzima (RFLP), polimorfizam uslijed slučajne amplifikacije DNA (RAPD), i polimorfizam u broju jednostavnih ponavljajućih segmenata, tzv. mikrosatelitske DNA (SSR), s ciljem (1) procjene genetskih veza među inbred linijama kukuruza; (2) procjene tehnike koja ima najveću preciznost i koja je najefikasnija; i (3) ustanovljenja najpodesnije metode za oplemenjivačke svrhe, kao i za potrebe identifikacije i zaštite genotipa.
Genomska DNA 37 javnih inbred linija kukuruza, poznatog porijekla, analizirane su s 53 kombinacije RFLP klon-enzima, 25 RAPD primera i 27 SSR pari primera. Očitani podaci korišteni su za računanje indeksa genetske sličnosti (GS) za sve moguće parove linija (666), kao i za računanje parametara koji ukazuju na informativnost pojedinih metoda, kao što su prosječni broj alela po lokusu, očekivana heterozigotnost, i indeks informativnosti. Naknadno, GS vrijednosti su korištene za cluster analizu primjenjujući UPGMA algoritam grupiranja. Također, za sve inbred linije koje su imale poznate zajedničke pretke izračunani su koeficijenti srodstva. SSR je imao najveći prosječni broj alela po lokusu i najveću očekivanu heterozigotnost, dok je RAPD pokazao najveću vrijednost indeksa informativnosti. Najčvršću povezanost s pedigreom pokazala je RFLP metoda.
GS vrijednosti na bazi RFLP i SSR dali su pouzdanije dendrograme, nego GS vrijednosti na bazi RAPD podataka. Dendrogram na bazi RAPD podataka, nije dobro odražavao izračunane GS vrijednosti, uslijed slabe kofenetske korelacije. U usporedbi s pedigre podacima sva tri sistema molekularnih markera bili su efikasni u otkrivanju genetskih veza među srodnim inbred linijama kukuruza. Međutim, kada su analizirane nesrodne linije, odstupanja među tehnikama bila su značajna. Neophodna su daljnja istraživanja kako bi se procijenio kritični nivo broja markera za pouzdanu procjenu genetske sličnosti. SSR markeri čine se najpodesnijim za primjenu u oplemenjivanju i zaštiti kultivara.
Glavni ciljevi istraživanja glede mapiranja lokusa za kvantitativna svojstva (QTL) u domaćoj germplazmi kukuruza bili su (1) otkriti QTL-e za prinos zrna, visunu biljke, visunu do klipa, broj dana do polinacije, i broj redova na klipu, i (2) utvrditi vezu između stupnja heterozigotnosti marker alela i nivoa prinosa. Također, cilj je bio (3) istražiti da li se QTL-i otkriveni u nekoliko prethodnih istraživanja koja su koristila elitnu germplazmu kukuruza, pojavljuju i u genomu egzotične germplazme, i (4) ispitati pretpostavku da će u dvije polu-srodne (half-sib) populacije sličnog porijekla, u većini slučajeva biti otkriveni zajednički QTL-i (pomoću istih marker lokusa). Linije selekcionirane iz hrvatskih slobodno-oplodnih sorata korištene su za razvoj dvije polu-srodne populacije za navedeno istraživanje.
U svakoj populaciji, 169 F3 potomstva ispitivana su u poljskom pokusu na dvije lokacije. Najprinosnija i najmanje prinosna F3 potomstva unutar svake populacije korištena su za otkrivanje QTL-a. U tu svrhu korišteni su izoenzimi, RFLP, i SSR molekularni markeri. Ocjenjivanje povezanosti markera s kvantitativnim svojstvom provođeno je pomoću jednostruke ANOVA i pomoću intervalnog mapiranja. Populacija F3 potomstava označena kao P1 imala je niži prosječni prinos, ali je imala više polimorfnih lokusa i otkrila je više QTL-a nego populacija P2. U obje populacije, QTL-i za prinos otkriveni su na kromosomima 1, 6 i 10; za visinu biljke na kromosomima 1, 3, 5 i 6; za visinu do klipa na kromosomima 3, 5, 6 i 10; za broj dana do polinacije na kromosomima 1,3,6,8 i 9; i za broj redova na klipu na kromosomima 1,2,3 i 6, i to samo u P1.
Vrlo su malo QTL-a mapiranih u ovim populacijama poklapalo s pozicijama QTL-a nađenih u drugim istraživanjima na elitnoj germplazmi. Analizirane populacije nisu imale niti jednog zajedničkog QTL-a. Prinosnije subpopulacije pokazivale su veći stupanj heterozigotnosti u odnosu na niskoprinosne. Ključne riječi: kukuruz (Zea mays L.), molekularni markeri, izoenzimi, RFLP, RAPD, SSR, genetska sličnost, grupna analiza, mapiranje QTL-a.
Summary: In this work a possibility of using different types of molecular markers for assessment of genetic similarity have been studied, as well as the posibility of mapping quantitative trait loci (QTL) in native germplasm. Three different molecular marker systems, restriction fragment length polymorphism (RFLP), random amplified polymorphism of DNA (RAPD), and simple sequence repeats (SSR) were studied in order to (1) determine genetic relationships among maize inbred lines; (2) reveal which of these techniques is most efficient and informative; and (3) suggest the most suitable one for breeding purposes, and for genotype identification and variety protection purpose. Genomic DNA of 37 public maize inbred lines of known pedigree records were assayed with 53 RFLP clone-enzyme combinations, 25 RAPD primers and 27 SSR pair of primers.
Scored data were used for computation of genetic similarity index (GS) among all possible pairs of inbreds (666), as well as for marker informativeness parameters as average number of alleles per locus, expected heterozygosity and marker informativeness index. Subsequently, GS values were employed in cluster analysis using UPGMA clustering algorithm. In addition, for all inbreds sharing common ancestors a coefficients of coancestry were calculated. The SSRs had the highest average number of alleles per locus and expected heterozygosity, while RAPDs had the highest marker informativeness index. The highest correlation with pedigree data showed GS calculated from RFLP data. RFLP and SSR data provided a reliable dendrograms, while dendrogram derived from RAPD data due to poor ciphenetic correlation did not represent well the calculated GS values.
In comparison to pedigree data, all three marker systems were efficient in reconstructing genetic relationships among related lines. However, when unrelated lines were considered, discrepancies between techniques were significant. Further investigations would be necessary to estimate a critical level of number of markers for an reliable GS estimate. At the present the SSR seems to be the best solution regarding breeding and genotype protection purposes. The major objectives of the study of QTL mapping in exotic maize germplasm were (1) detect QTLs for grain yield (YLD), plant height (PH), ear height (EH), days to pollen shed (DPS), and number of rows of kernel (RN), and (2) to determine the relationship between the degree of heterozygosity of marker alleles and the level of yield.
Also, objectives were (3) investigate whether the QTLs reported in several earlier studies using elite germplasm occur in the genom of exotic germplasm too, and (4) test the hypothesis that two half-sib populations of similar origin will share in most instances common QTLs (cosegregation of the same marker locus). Lines selected from Croatian open-pollinated varieties were used to generate two half-sib populations for the study. In each population, 169 F3 families were tested in field experiments in two locations. The highest and the lowest yielding F3 families of each population were used for QTL detection. Isozymes, RFLPs and Simple Sequence Repeats (SSRs) were used as molecular markers. Marker-trait association were assessed by single factor ANOVA and interval mapping procedures.
The population designated P1 had lower average yield but had more polymorphic loci and revealed more QTLs than the population designated P2. In the two populations, QTLs for yield were found on chromosomes 1, 6 and 10; for PH on chromosomes 1, 3, 5, and 6; for EH on chromosomes 3, 5, 6, and 10, for DPS on chromosomes 1, 3, 6, 8, and 9, and for RN on chromosomes 1, 2, 3 and 6, in P1 only. Very few QTLs mapped in these populations were overlapping in positions with previously reported QTLs in different (mostly elite) genetic background. The analyzed populations had no QTLs in common. Higher yielding subpopulations showed a higher degree of heterozygosity than the lower yielding subpopulations.
Key words: maize (Zea mays L.), molecular markers, isozymes, RFLP, RAPD, SSR, genetic similarity, cluster analysis, QTL mapping.
Doktor biomedicinskih znanosti - agronomija
mentor: Vinko Kozumplik; Komisija za obranu: Vinko Kozumplik, Michele Morgante, Zdravko Martinić-Jerčić; Komisija za obranu: Zdravko Martinić-Jerčić, Vinko Kozumplik, Michele Morgante; Datum obrane: 13.12.1966.
Sveučilište u Zagrebu, Agronomski fakultet, Zagreb, 1996
Bibliografija: str. 86-92
Summary
Keywords: Kukuruz -- Genotip -- Identifikacija