Побудова генетичної карти рилів, отриманих з пшениці (T
Анотація
Основними цілями дослідження були i) розробка першого картографування популяції хлібної пшениці, вирощеної в Казахстані, ii) побудова її генетичної карти для подальшої ідентифікації генів, пов’язаних з важливими агрономічними ознаками.
Наскільки нам відомо, це перша сегрегуюча популяція та генетична карта, розроблена для казахської хлібної пшениці. Ця робота є прикладом того, як програми розведення рослин у Казахстані почали успішно застосовувати методи розведення рослин наступного покоління.
Технологія KASP (Compatative Allele Specific PCR) LGC Group та SNP-маркери SNP були використані для генотипу та побудови генетичної карти сегрегуючої популяції. Загальна довжина карти становила 1376 см. Загалом 157 із початкових 178 використаних маркерів SNP утворили 26 груп зв’язків, залишивши 1 дубльований і 20 неприсвоєних маркерів. Порогова відстань між маркерами була встановлена ≤ 30 см. Отже, були отримані дві групи зв’язку для хромосом, таких як 2A, 2B, 2D, 3A, 5A, 6B та 7A. Незважаючи на один продубльований та 20 неприсвоєних маркерів, 157 нанесених на карту маркерів SNP KASP охоплювали геноми A, B та D пшениці. Для обчислення одиниць рекомбінації між виробниками застосовували функцію відображення Косамбі. RIL були розроблені методом SSD до покоління F4. Майже 97% виявлених алелів були корисними для оцінки генетичного різноманіття популяції; решта 3% не показали результату. Як результат, 77 маркерів ДНК було нанесено на карту для A, 74 для B і 27 для геномів D. Популяція для картографування буде генотипована за допомогою форми форми масиву з високою щільністю маркерів, такої як Illumina iSelect, для отримання генетичної карти з відносно високим охопленням. Потім генетична карта популяції та високої роздільної здатності буде використана для ідентифікації генів, що впливають на адаптацію пшениці в Казахстані.
Вступ
Пшениця - це зернова культура. Незважаючи на те, що існує багато дещо відмінних теорій його походження, Родючий Півмісяць вважається головним чином місцем, де виникла та була одомашнена пшениця (CW 1995) (Nesbitt and Samuel 1998) (Gustafson, Raskina et al. 2009 ). Три геноми (AABBDD) гексаплоїдної пшениці (Triticum aestivum L. ssp. Aestevium), отримані з диплоїдного (DD) Aegilops tauschii та тетраплоїдного (BBAA) дикого еммеру (Triticum turgidum L. (Tell), ssp. Dicoccoides), які, у свою чергу, успадкували його геном АА з диплоїдного Triticum urartu та ВВ або з диплоїдного Aegilops speltoides, або з деяких інших вимерлих видів (Wang, Luo et al. 2013) (Feldman, Liu et al. 1997). З часу його вирощування хлібна пшениця була культурою великого значення, яка в даний час забезпечує 20% загальної кількості калорій населення світу (Бушук 1997). Отже, гексаплоїдна (2n = 6x = 42) хлібна пшениця з найскладнішим геномом та походженням історії є життєво важливою продовольчою та кормовою культурою у світі. Її важливість особливо висока в Казахстані, оскільки i) більшість місцевих дієтичних продуктів складалася з пшеничного борошна (Eken, Spanbayev et al. 2016) ii) Казахстан є одним із трьох гігантських світових експортерів пшениці, який в даний час входить до числа чотирьох основні експортери пшениці, які в сукупності відомі як світові країни «хлібного кошика», а також Україна та Росія (Swinnen, Burkitbayeva et al. 2017).
Матеріали і методи
Розвиток сегрегуючої/картографічної популяції
Вилучення ДНК з Pam x Par RIL та підготовка ДНК для генотипування за допомогою KASP
Для вилучення ДНК з рекомбінантних інбредних ліній п’ять насінин кожної лінії висівали в чашки Петрі і ставили на 2 дні при 4 ° С для стратифікації. Після цього їх переносили в інкубатор із температурними режимами 27-30 ° C протягом 5-6 днів для проростання. Методологія Dellaporta (Dellaporta, Wood et al. 1983), зі змінами, була використана для виділення ДНК із 5-6-денних саджанців пшениці. Вилучену геномну ДНК піддали подальшому очищенню з використанням спінальних колонок Qiagene Mini. Якість та кількість (A260/A280) вилученої ДНК оцінювали на спектрофотометрі Nanodrop з подальшою візуалізацією на 1% агарозних гелях для оцінки цілісності. ДНК кожного RIL була стандартизована до концентрації 10 нг/мкл для генотипування за допомогою платформи KASP. Головним пріоритетом платформи генотипування KASP перед старими системами є те, що вона не вимагає багато часу для візуалізації продукту ПЛР. Таким чином, це надзвичайно полегшило старий трудомісткий метод візуалізації, електрофорез на основі гелю, який використовує мутагенні вологі хімікати, такі як бромід етидію. Крім того, за допомогою технології KASP також можна виявити унікальні вставки, делеції та зміни однієї основи (один нуклеотид) в геномах, що робить його потужним інструментом для заміни старого нудного методу.
Побудова генетичної карти
Спочатку для генотипу Памяті Азієвої та Парагона використовували більше трьохсот маркерів ДНК SNP, розроблених Бристольським університетом (інформацію про ДНК-маркери можна отримати тут www.cerealsdb.uk.net (Wilkinson, Winfield et al. 2012)). Це незалежно від того, були ці молекулярні маркери поліморфними чи ні. Після виявлення поліморфних маркерів, які генетично відрізняють батьків, вони були використані для генотипу популяції RIL. Для побудови генетичної карти зв’язків RIL спочатку використовувалося програмне забезпечення MapDisto (http://mapdisto.free.fr/) (Heffelfinger, Fragoso et al. 2017). Однак відстань генетичної карти було переоцінено за допомогою універсального статистичного програмного середовища R. Причина полягає в тому, що R є гнучким інструментом для проведення статистичних розрахунків для набору даних для покращення якості генетичної карти. В обох випадках функцію відображення Косамбі (Kosambi 2016) використовували для обчислення фракцій рекомбінації, а потім, перетворення одиниць в сантиМоргани. Логарифм шансів (оцінка LOD) був не нижче трьох. Загалом 72 молекулярні маркери SNP були нанесені на карту A, 67 - на B і лише 19 - на геноми D, що свідчить про важливість розвитку більш поліморфних маркерів для геному D для використання його генетичного потенціалу для аналізу асоціації маркер-ознака. Не було відмічено жодних маркерів для 3D та 4D хромосоми пшениці (Таблиця 1).