QTL mapping of resistance to two wheat rust fungi, Puccinia triticina Eriks. and Puccinia striiformis Westend. in a multiparental wheat (Triticum aestivum L.) population
Seiten
2022
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-117-0 (ISBN)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-117-0 (ISBN)
With a global production of 766 million tons in 2019, wheat is the world's second most important cereal, providing ≥ 20 % of calories and protein for the human diet. Wheat rusts such as Puccinia striiformis f. sp. tritici and Puccinia triticina, the causal agents of stripe rust and leaf rust respectively, are among the most important fungal pathogens in wheat with the
potential to cause severe yield and quality losses up to 70 %. Use of resistant cultivars is the economically safest and most environmentally friendly approach to avoid yield losses and ensure food security. However, the continuous development of new races of stripe rust and leaf rust that are virulent against important resistance genes increases the need for new sources of resistance. In recent years, the identification of quantitative trait loci (QTL) has become the basis of targeted breeding approaches aiming at increased and durable resistance in modern wheat cultivars. In addition, multiparent advanced generation intercross (MAGIC) populations have proven to be a powerful tool to carry out such genetic studies.
In the framework of this thesis, the Bavarian MAGIC wheat population (BMWpop) was used to detect QTL conferring resistance against leaf rust and stripe rust. Seedling resistance was screened under controlled environmental conditions by using a detached leaf assay. Adult plant resistance was tested in multi-year’s field trials at three locations in Germany. Phenotypic data, together with genotypic data from the 15 K + 5 K Infinium® iSelect® array containing 17,267 single nucleotide polymorphisms (SNP), were used to perform simple interval mapping (SIM) for stripe rust and leaf rust resistance. In total, 19 QTL corresponding to 11 different regions on chromosomes 1A, 4A, 4D, 5A, 6B, 7A and 7D were identified in independent SIM studies for leaf rust resistance. Six of these regions may represent putative new QTL, which
have not been described earlier. For stripe rust, 21 QTL corresponding to 13 distinct chromosomal regions were detected, of which two may represent putatively new QTL located on wheat chromosomes 3D and 7D. Peak markers of the identified QTL were partly directly annotated with genes known to be involved in quantitative resistance to leaf and stripe rust.
Additional promising gene annotations with different functions in relation to resistance responses were identified when considering ± 500 kb around each peak marker of a QTL.
The Bavarian MAGIC wheat population turned out to be well suited for the detection of QTL conferring resistance to leaf rust and stripe rust. Based on the phenotypic responses, RILs with increased resistance to both rust fungi were identified, which can be easily introduced into breeding programs due to their descent from elite parents. Mit einer weltweiten Produktion von 766 Millionen Tonnen im Jahr 2019 ist Weizen die zweitwichtigste Getreideart der Welt, die ≥ 20 % des Kalorien- und Proteinbedarfs der menschlichen Ernährung deckt. Weizenroste wie Puccinia striiformis f. sp. tritici und Puccinia triticina, die Erreger des Weizengelb- bzw. des Weizenbraunrosts, gehören zu den wichtigsten
pilzlichen Krankheitserregern im Weizen, die Ertrags- und Qualitätsverluste von bis zu 70 % verursachen können. Die Nutzung von resistenten Sorten ist der wirtschaftlich sicherste und umweltfreundlichste Ansatz zur Vermeidung von Ertragsverlusten und zur Sicherung der menschlichen Ernährung. Durch die kontinuierliche Entwicklung neuer Rassen des Gelb- und Braunrosts, die gegen wichtige Resistenzgene virulent sind, ergibt sich die Notwendigkeit nach neuen Resistenzquellen zu suchen. In den letzten Jahren ist die Identifizierung von QTL zur Grundlage gezielter Züchtungsansätze geworden, die darauf abzielen, ein erhöhtes und dauerhaftes Resistenzniveau in modernen Weizensorten zu erreichen. Darüber hinaus haben sich MAGIC Populationen als hilfreiches Instrument für die Durchführung solcher genetischen
Studien erwiesen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bayerische MAGIC-Weizenpopulation (BMWpop) genutzt, um Resistenz QTL gegen Weizenroste zu identifizieren. Dabei lag der Fokus auf dem Braun- und Gelbrost. Die Keimlingsresistenz wurde unter kontrollierten Umweltbedingungen mit Hilfe spezifischer Blattsegmenttests geprüft. Die Adultpflanzenresistenz wurde in
mehrjährigen Feldversuchen an drei Standorten in Deutschland getestet. Im Anschluss wurden die phänotypischen Daten zusammen mit den genotypischen Daten des 15 K + 5 K Infinium® iSelect® Arrays, der 17.267 Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) enthält, genutzt, um eine Simple-Intervallkartierung (SIM) für die Resistenz gegen Gelb- und Braunrost durchzuführen. Insgesamt wurden in unabhängigen SIM-Studien 19 QTL für Braunrostresistenz identifiziert,
die 11 verschiedenen Regionen auf den Chromosomen 1A, 4A, 4D, 5A, 6B, 7A und 7D entsprechen. Sechs dieser Regionen könnten mutmaßlich neue QTL darstellen und wurden bisher nicht beschrieben. Für Gelbrost wurden 21 QTL entdeckt, die 13 verschiedenen chromosomalen Regionen entsprechen, von denen zwei möglicherweise bisher nicht bekannte QTL darstellen und sich auf den Weizenchromosomen 3D und 7D befinden. Die Peak-Marker der identifizierten QTL konnten teilweise direkt mit Genen annotiert werden, von denen bekannt ist, dass sie an der quantitativen Resistenz gegen Gelb- und Braunrost beteiligt sind. Zusätzliche vielversprechende Genannotationen im Zusammenhang mit Resistenzreaktionen wurden bei Betrachtung eines fixen Intervalls von ± 500 kb um jeden Peak-Marker eines QTLs
identifiziert.
Die bayerische MAGIC-Weizenpopulation erwies sich für den Nachweis von Resistenz QTL gegen Gelb- und Braunrost als gut geeignet. Anhand der phänotypischen Reaktionen wurden RILs mit erhöhter Resistenz gegen beide Rostpilze identifiziert, die aufgrund ihrer Abstammung von Elite-Elternmaterial leicht in Zuchtprogramme integriert werden können.
potential to cause severe yield and quality losses up to 70 %. Use of resistant cultivars is the economically safest and most environmentally friendly approach to avoid yield losses and ensure food security. However, the continuous development of new races of stripe rust and leaf rust that are virulent against important resistance genes increases the need for new sources of resistance. In recent years, the identification of quantitative trait loci (QTL) has become the basis of targeted breeding approaches aiming at increased and durable resistance in modern wheat cultivars. In addition, multiparent advanced generation intercross (MAGIC) populations have proven to be a powerful tool to carry out such genetic studies.
In the framework of this thesis, the Bavarian MAGIC wheat population (BMWpop) was used to detect QTL conferring resistance against leaf rust and stripe rust. Seedling resistance was screened under controlled environmental conditions by using a detached leaf assay. Adult plant resistance was tested in multi-year’s field trials at three locations in Germany. Phenotypic data, together with genotypic data from the 15 K + 5 K Infinium® iSelect® array containing 17,267 single nucleotide polymorphisms (SNP), were used to perform simple interval mapping (SIM) for stripe rust and leaf rust resistance. In total, 19 QTL corresponding to 11 different regions on chromosomes 1A, 4A, 4D, 5A, 6B, 7A and 7D were identified in independent SIM studies for leaf rust resistance. Six of these regions may represent putative new QTL, which
have not been described earlier. For stripe rust, 21 QTL corresponding to 13 distinct chromosomal regions were detected, of which two may represent putatively new QTL located on wheat chromosomes 3D and 7D. Peak markers of the identified QTL were partly directly annotated with genes known to be involved in quantitative resistance to leaf and stripe rust.
Additional promising gene annotations with different functions in relation to resistance responses were identified when considering ± 500 kb around each peak marker of a QTL.
The Bavarian MAGIC wheat population turned out to be well suited for the detection of QTL conferring resistance to leaf rust and stripe rust. Based on the phenotypic responses, RILs with increased resistance to both rust fungi were identified, which can be easily introduced into breeding programs due to their descent from elite parents. Mit einer weltweiten Produktion von 766 Millionen Tonnen im Jahr 2019 ist Weizen die zweitwichtigste Getreideart der Welt, die ≥ 20 % des Kalorien- und Proteinbedarfs der menschlichen Ernährung deckt. Weizenroste wie Puccinia striiformis f. sp. tritici und Puccinia triticina, die Erreger des Weizengelb- bzw. des Weizenbraunrosts, gehören zu den wichtigsten
pilzlichen Krankheitserregern im Weizen, die Ertrags- und Qualitätsverluste von bis zu 70 % verursachen können. Die Nutzung von resistenten Sorten ist der wirtschaftlich sicherste und umweltfreundlichste Ansatz zur Vermeidung von Ertragsverlusten und zur Sicherung der menschlichen Ernährung. Durch die kontinuierliche Entwicklung neuer Rassen des Gelb- und Braunrosts, die gegen wichtige Resistenzgene virulent sind, ergibt sich die Notwendigkeit nach neuen Resistenzquellen zu suchen. In den letzten Jahren ist die Identifizierung von QTL zur Grundlage gezielter Züchtungsansätze geworden, die darauf abzielen, ein erhöhtes und dauerhaftes Resistenzniveau in modernen Weizensorten zu erreichen. Darüber hinaus haben sich MAGIC Populationen als hilfreiches Instrument für die Durchführung solcher genetischen
Studien erwiesen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bayerische MAGIC-Weizenpopulation (BMWpop) genutzt, um Resistenz QTL gegen Weizenroste zu identifizieren. Dabei lag der Fokus auf dem Braun- und Gelbrost. Die Keimlingsresistenz wurde unter kontrollierten Umweltbedingungen mit Hilfe spezifischer Blattsegmenttests geprüft. Die Adultpflanzenresistenz wurde in
mehrjährigen Feldversuchen an drei Standorten in Deutschland getestet. Im Anschluss wurden die phänotypischen Daten zusammen mit den genotypischen Daten des 15 K + 5 K Infinium® iSelect® Arrays, der 17.267 Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) enthält, genutzt, um eine Simple-Intervallkartierung (SIM) für die Resistenz gegen Gelb- und Braunrost durchzuführen. Insgesamt wurden in unabhängigen SIM-Studien 19 QTL für Braunrostresistenz identifiziert,
die 11 verschiedenen Regionen auf den Chromosomen 1A, 4A, 4D, 5A, 6B, 7A und 7D entsprechen. Sechs dieser Regionen könnten mutmaßlich neue QTL darstellen und wurden bisher nicht beschrieben. Für Gelbrost wurden 21 QTL entdeckt, die 13 verschiedenen chromosomalen Regionen entsprechen, von denen zwei möglicherweise bisher nicht bekannte QTL darstellen und sich auf den Weizenchromosomen 3D und 7D befinden. Die Peak-Marker der identifizierten QTL konnten teilweise direkt mit Genen annotiert werden, von denen bekannt ist, dass sie an der quantitativen Resistenz gegen Gelb- und Braunrost beteiligt sind. Zusätzliche vielversprechende Genannotationen im Zusammenhang mit Resistenzreaktionen wurden bei Betrachtung eines fixen Intervalls von ± 500 kb um jeden Peak-Marker eines QTLs
identifiziert.
Die bayerische MAGIC-Weizenpopulation erwies sich für den Nachweis von Resistenz QTL gegen Gelb- und Braunrost als gut geeignet. Anhand der phänotypischen Reaktionen wurden RILs mit erhöhter Resistenz gegen beide Rostpilze identifiziert, die aufgrund ihrer Abstammung von Elite-Elternmaterial leicht in Zuchtprogramme integriert werden können.
| Erscheinungsdatum | 27.08.2022 |
|---|---|
| Reihe/Serie | Dissertationen aus dem Julius Kühn-Institut |
| Zusatzinfo | Illustrationen, Diagramme |
| Verlagsort | Quedlinburg |
| Sprache | englisch |
| Maße | 140 x 210 mm |
| Gewicht | 200 g |
| Themenwelt | Naturwissenschaften |
| Weitere Fachgebiete ► Land- / Forstwirtschaft / Fischerei | |
| Schlagworte | Pflanzenzüchtung • Resistenz • Weizen |
| ISBN-10 | 3-95547-117-9 / 3955471179 |
| ISBN-13 | 978-3-95547-117-0 / 9783955471170 |
| Zustand | Neuware |
| Haben Sie eine Frage zum Produkt? |
Mehr entdecken
aus dem Bereich
aus dem Bereich
Buch | Hardcover (2023)
Haymarket Media (Verlag)
CHF 44,50
aus Vergangenheit und Gegenwart für die Zukunft lernen
Buch | Softcover (2024)
Haupt Verlag
CHF 39,95
Buch | Hardcover (2023)
DLG-Verlag
CHF 109,95
