Conserved ortholog set (COS) markerek térképezése Aegilops kromoszómákon
Rövid tanulmányút 2011. 01.03- 03. 30., John Inn Centre, Dept. of Crop Genetics, Norwich Research Park, Norwich NR4 7UH, UK
Supervisor: Dr. Simon Griffiths
Norwich
Norwich Research Park University of East Anglia Norfolk and Norwich University Hospitals
John Innes Centre Institute of Food Research Sainsbury Laboratory Genome Analysis Centre 11000 alkalmazott. Európa egyik legnagyobb tudásközpontja az egészségügyi, élelmiszeripari és környezeti tudományok terén.
John Innes Centre Tudományos Osztályok: 1. Biological Chemistry 2. Cell and Developmental Biology 3. Computational & Systems Biology 4. Crop Genetics 5. Disease and Stress Biology 6. Metabolic Biology 7. Molecular Microbiology
Témakör: I.
COS markerek azonosítása az Ae. umbellulata és Ae. comosa valamint természetes hibridjeik, az Ae. biuncialis és Ae. geniculata U és M kromoszómáin
II. Az Ae. uniaristata 3N kromoszómájának fizikai térképezése COS markerek segítségével, különös tekintettel az Al toleranciáért felelős régiókra
Project 1, az Ae. biuncialis és Ae. geniculata evolúciós kapcsolata
?
X
Ae. umbellulata UU (2n = 2x = 14)
Ae. geniculata UgUgMgMg (2n = 4x = 28)
Ae. comosa MM (2n = 2x = 14) Ae. biuncialis UbUbMbMb (2n = 4x = 28)
A termesztett búza potenciális génforrásai
Aegilops fajokból átvitt biotikus streszrezisztencia gének: Ae. umbellulata Ae. comosa Ae. comosa Ae. geniculata
Lr9 Yr8 Sr34 Lr57, Yr40
Potenciális abiotikus stresszrezisztencia források: Ae. biuncialis
só- és szárazságtűrés
Ae. geniculata
só-, szárazság- és hőtűrés
Schneider A., Molnár, I. and Molnár-Láng, M. (2008) Utilisation of Aegilops (goatgrass) species to widen the genetic diversity of cultivated wheat. Euphytica163 (1): 1-19.
Az Aegilops fajok hasznos tulajdonságainak átvitele a termesztett búzába búza × Ae. biuncialis (AABBDD)
(UbUbMbMb)
Citológia
F1 Hibrid Amfiploidok
Molekuláris markerek
Addíciós vonalak
Növekvő
transzlokációk
populáció méret
Conserved Ortholog Set (COS) markerek I.
Ortológ két különböző fajban található homológ szekvencia, ha egy közös ősből származnak, mely a két faj közös ősében volt jelen. Funkciójuknak egyezni kell.
Conserved Ortholog Set (COS) markerek: olyan erősen konzervált egyedi gének melyek markerként használhatóak.
COS markerek II. fejlesztés Publikus (bin-mapped) EST adatbázisok blastn
(1 SNP, Indel / 59 bp)
(1 SNP, Indel / 714 bp)
COS markerek: - Single copy markerek
Homológia rizzsel, Brachypodiummal Egyedi gének szelekciója Egyedi rizs, Brachypodium gének
- Homeológ csoport specifikusak - Polimorfizmus fajon belül és fajok között - Modell fajokkal (rizs, Brachypodium) történő Synteny elemzés - Régió specifikus
Intron/exon határ szekvenciák keresése Primer tervezés Teszt
In silico
Polimorfizmus intron > Polimorfizmus exon
Project 1: COS markerek azonosítása U és M genom kromoszómákon Kísérleti növények: Búza (Mv9kr1)/ Ae.biuncialis (MvGB642) addíciók: 1Ub, 1Ub6Ub, 3Ub, 2Mb, 3Mb, 7Mb + 3Mb(4B), 3Mb.4BS Búza (CSp)/ Ae.geniculata (TA2899) addíciók: 1Ug, 2Ug, 3Ug, 4Ug, 5Ug, 7Ug, 1Mg, 2Mg, 5Mg, 6Mg, 7Mg Búza (CSp)/ Ae. umbellulata (JIC2010001) addíciók: 1U, 2U, 4U, 5U, 6U, 7U Búza (CSp)/ Ae. comosa (JIC2110001) addíciók: 2M, 3M, 4M, 5M, 6M, 7M; +6M(6A) Flow-sorted DNS: Ae. umbellulata (AE740/03) Ae. comosa (MvGB1039) Ae. biuncialis (MvGB642) Ae. geniculata (AE1311/00)
peak I-II-III-IV. peak I-II-III-IV. peak I-II-III-IV. peak I-II-III-IV.
COS markerek: -Wheat Genetic Improvement Network (WGIN) (http://www.wgin.org.uk/resources/Markers/TAmarkers.php) -Tools and Resources (TR) collections (http://www.modelcrop.org/cgi-bin/gbrowse/brachyv1/).
Specifikusak:
búza I-VII homeológ csoport kromoszómáira rizs 1, 3-11 kromoszómákra.
Fragment analysis:
- ABI 3730xl DNA Analyzer
- SSCP (néhány esetben)
Summary:
Tesztelt markerek:
160
Fragment analízis (ABI): 74 Azonosított markerek (legalább 1 Aegilops kromoszómán):
55
hossz polimorfizmus alapján:
39 / 55
flow-sorted kromoszóma DNS segítségével:
14 / 55
by SSCP:
2 / 55
Búza-Aegilops transzlokációk marker-kapcsolt szelekciójához javasolt polimorf (≥2bp) markerek diploid prog.
1U 2U
TR146
3U
Ae. biuncialis
Ae. geniculata
2B
2B, 1B
TR146*
TR146, 2U, 2P
3J, TR77, TR80
3J, TR80
4U
TR72, TR76, TR92
TR72*, TR76*, TR92*
TR72, TR76, TR92, TR129, 5M, 6J,
5U
TR128
TR128*
TR128
2U, 2I, 6A
6U
6A, 3B, 7C
7U 1M 2M
TR146
3M
TR80
4M
TR87
5M
TR128
TR146*
TR146, 2U, 2R, 2I
TR128*
TR128, 5A 6J
6M 7M
6A, 7C
5M
COS markerek kromoszómális lokalizációja búzán (D genom) és az Aegilops fajok U és M kromoszómáin
Intragenomikus duplikációk az Ae. biuncialis-ban (UbUbMbMb) és az Ae. geniculata-ban (UgUgMgMg), valamint diploid őseikben, az Ae. umbellulata-ban (UU) és az Ae. comosa-ban (MM).
Project 2: Az Ae. uniaristata 3N kromoszómájának fizikai térképezése COS markerek segítségével, különös tekintettel az Al toleranciáért felelős régiókra
Növényi anyag:
Al tolerance test:
Búza genotípusok: Chinese Spring (crossing partner) Robigus, Cordial, Napier (backcross partners) Atlas66 (Al tolerant control) Ae.uniaristata (JIC2120001) Búza (CSp) x Ae. uniaristata származékok: Addíciós vonal: 3N Szubsztitúciós vonalak: 3N(3A), 3N(3B), 3N(3D) Rekombinánsok: CSp/3N rec 3 CSp/3N rec 4 CSp/3N rec 5 CSp/3N rec 6 CSp/3N rec AxN-16 CSp/3N rec NxA 5A/1
Víz kultúra: 6 mM KCl, 4mM Ca(NO3)2, 2.5 mM MgSO4 0.5 mM NH4NO3
BC vonalak:
Gyökér hossz mérés
3N rec5 x Cordiale 41-2 3N rec6 x Cordiale 42-8 3N rec4 x Robigus 135-10 3N rec6 x Robigus 75-1
pH 5.5 pH 4.0 pH 4.0 + Al (12 mg/L)
COS marker analízis (project 1.)
A 3N kromatin pozitív hatása a gyökér növekedésre kontroll körülmények között 80
**
70
**
pH 5.5
** **
root length (mm)
60
**
**
** **
**
**
**
50
40
30
20
10
**: Significantly different from CSp at P ≤0.01.
ob ig us x R 13 53N 10 6 x R 75 -1
R
4
3N
3N
C
ap ie r N
5A /1
or di al e 5x C 43N 12 6 xC 428
3N
re c
N
xA
Ax N
-1 6
3 3N
re c
re c
5 3N
re c
4 3N
re c
6 3N
re c 3N
)s ub (3 D
3N
(3 B) su b
3N
(3 A) su b
3N
ad d
3N
C
hi ne se
Sp
0
Al stressz hatása a gyökér növekedésre I.
pH 4.0
pH 4.0 + Al
pH 4.0
pH 4.0 + Al
re c
N
xA
3
5
4
ap ie r
5A /1
-1 6
re c
Ax N
C
N
re c
re c
re c
6
3N
R
4
ob ig us x R 13 53N 10 6 x R 75 -1
3N
or di al e 5x C 43N 12 6 xC 428
3N
3N
3N
3N
3N
)s ub
re c
(3 D
(3 B) su b
3N
3N
3N
ad d
Sp
(3 A) su b
3N
hi ne se
3N
C
root growth (mm)
Al stressz hatása a gyökér növekedésre II.
60
pH 4.0
50
pH 4.0+Al
40
30
20
10
0
Az Al stressz hatása a másodlagos gyökerek képződésére I. Chinese Sp.
pH 4.0
pH 4.0 + Al
3N(3A) substitution
pH 4.0
pH 4.0 + Al
3N6 x R 75-1
pH 4.0
pH 4.0 + Al
pH 4.0 + Al
Az Al stressz hatása a másodlagos gyökerek képződésére II.
60
Al toleráns genotípusok:
pH 4.0 pH 4.0+Al
50
30
20
10
ob ig us R 13 53N 10 6 x R 75 -1
R
x
4
3N
428 xC
412 6 3N
or di al e C
5x C
3N
ap ie r N
5A /1
3
-1 6
xA N
re c 3N
re c 3N
re c
Ax N
5 3N
4
re c 3N
6 re c
)s ub
re c 3N
3N
(3 D
(3 B) su b
3N
3N
ad d (3 A) su b 3N
3N
hi ne se
Sp
0
C
- addition line 3N - substitution lines: 3N(3A) - CSp/3N rec 3 - CSp/3N rec 5 - CSp/3N rec NxA 5A/1 - 3N rec6 x Robigus 75-1
root growth (mm)
40
Physical mapping of Al tolerance located on the chromosome 3N of Ae. uniaristata
TR72 TR73 TR76 TR77 TR80 TR60 TR63 3I TR68 TR66 TR83 TR92 TR104 TR128 TR112 TR66 TR67 TR58 TR64 TR68 TR70 TR75 TR81 TR83 TR88 TR91 TR93 TR95 TR97 TR100 TR102 TR105 TR107 TR110 7T TR61 TR71 3B 3G 3J TR82 TR85 TR101 TR106 TR87 TR108 TR134 TR150 TR146 TR143 TR154
259p 452p 259p 294p 413p 244p 224p 337p 367p 376p 354p 229p p p
np np no product np np np np np no product np bad PCR bad PCR np np p np np
259
bad PCR
bad PCR
bad PCR
*
3NxR 751
3NxR 133-10
*
3NxN 176-1
3NxN 864
3NxC 42-8
3NxC 41-2
Atlas66
Cordiale
Napier
Robigus
*
3N rec NxA 5A/1
3N rec AxN-16
3N rec3
* *
CS 3N 51
CS 3N 41
CS 3N 63
3N(3D)
3N(3B)
3N(3A)
* * 3N
Ae. uni 2120001
CS PBI
Marker
* : genotypes with Al tolerance
Együttműködési lehetőségek
- Al toleranciáért felelős kromoszóma régiók fizikai térképezése búza-Ae. uniaristata introgressziós vonalakon (Introgression mapping) - Al toleráns genotípusok transzlokációs kromoszómáinak izolálása (flow-sorting), szekvenálása, marker fejlesztés - Flow-sorted Aegilops kromoszómák szekvenálása, COS marker fejlesztés
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!
Az Aegilops fajok flow-kariotípusának csúcsai egyedi kromoszómákat vagy kromoszóma populációkat jeleznek
Ae. umbellulata
Ae. biuncialis
István Molnár, Marie Kubaláková, Hana Šimková, András Cseh, Márta Molnár-Láng and Jaroslav Doležel (2011): Chromosome isolation by flow sorting in Aegilops umbellulata and Ae. comosa and their allotetraploid hybrids Ae. biuncialis and Ae. geniculata. In manuscript
Markerek kromoszómális lokalizációja flow-sorted kromoszóma DNS segítségével 1N marker: nem-polimorf 173 bp termék a búzában, az Ae. umbellulata-ban és az Ae. biuncialis-ban
Ae. umb. genomi DNS
Mért 1U tartalom : (citológia)
Peak I.
Peak II.
Peak III.
Peak IV.
98,9%
25,8%
4,32%
-
Markerek kromoszómális lokalizációja Single Stranded Conformation Polymorfism (SSCP) gélek segítségével ABI:
nem-polimorf 204 és 208 bp 1F termék búzában és Ae. biuncialis-ban
SSCP
