Sources of resistance and identification of QTLs for Wheat dwarf virus (WDV) resistance in wheat (Triticum spp.) and wild relatives
Seiten
2022
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-118-7 (ISBN)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) (Verlag)
978-3-95547-118-7 (ISBN)
The geminivirus Wheat dwarf virus (WDV) transmitted by the leafhopper Psammotettix alienus causes an economic important disease, especially in winter wheat and barley growing areas. Yield losses caused by insect-transmitted virus diseases are of increasing importance due to global warming. Climate change related higher temperatures in autumn and winter result in prolonged infection periods. One of only few known resistance sources for WDV is the partially resistant Hungarian winter wheat cultivar ‘Mv Vekni’ (Benkovics et al. 2010). To investigate the genetic basis of the partial resistance, two F2 populations comprising 157 plants in sum which derived from a cross between ‘Mv Vekni’ and the susceptible ‘Mv Regiment’ were inoculated by viruliferous leafhoppers in a greenhouse test. A genetic map was constructed based on
SNP markers derived from the 15k iSelect Beadchip and QTL mapping was performed. A significant, major QTL was identified for the virus titre on chromosome 6A (QTLVxR- 6A) with the peakmarkers RFL_Contig6053_2072 and Kukri_rep_c95718_868 at LOD = 22.6 explaining 38.4 % of the phenotypic variance with the positive allele derived
from ‘Mv Vekni’.
In order to identify additional sources of resistance to WDV, 587 di-, tetra- and hexaploid wheat accessions were screened in gauze house inoculation tests using WDV carrying leafhoppers. An association subpanel of 250 hexaploid Triticum accessions was genotyped with the 15k iSelect data to detect MTAs for WDV resistance. The phenotypic screening revealed 19 accessions including T. aestivum, T. vavilovii, T. boeoticum, T. macha, Ae. geniculata, Ae. bicornis and Ae. longissima accessions with a lower average infection rate than ‘Mv Vekni’. In particular, two Triticum vavilovii (TRI 4630,
China; TRI 9632, Former Soviet Union) and two Triticum aestivum (PI 245511, Afghanistan; cultivar ‘Fisht’, Russia) showing only 4.4-5.7 % infected plants and 46.2-76.8 % relative yield compared to the uninfected control based on average data from three test years were identified. In the GWAS, 47 significant MTAs (FDR, α < 0.05) representing 35 putative QTLs were detected for relative plant height on chromosomes 1B, 1D, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 6A, 7A, 7B (26 QTLs), relative yield on chromosomes 1B, 2B, 3A (7 QTLs) and thousand kernel weight on chromosome 5A (2 QTLs) explaining
7.0-18.3 % of the phenotypic variance. This study revealed that genotypic differences in susceptibility to WDV are present in the wheat genepool across different ploidy levels. The identified QTLs for partial resistance to WDV provide a starting point for the development of molecular markers for marker-assisted WDV resistance breeding. Das Weizenverzwergungsvirus (WDV) wird durch die Zikade Psammotettix alienus übertragen und kann erhebliche Ertragseinbußen insbesondere in Winterweizen- und Gerstenanbaugebieten verursachen. Viruskrankheiten, die durch Insekten übertragbar sind, werden durch den Klimawandel und die damit einhergehenden wärmeren Temperaturen in den Herbst- und Wintermonaten aufgrund der verlängerten Infektionszeiten, an Bedeutung gewinnen. Als eine der wenigen bisher bekannten Resistenzquellen wird die ungarische Winterweizensorte ‘Mv Vekni’ als partiell resistant gegenüber WDV beschrieben (Benkovics et al. 2010). Um die genetische Basis dieser partiellen Resistenz aufzuklären, wurden zwei F2 Populationen, die zusammengefasst aus 157 Pflanzen bestanden, aus der Kreuzung zwischen ‘Mv Vekni’ und der anfälligen
Sorte ‘Mv Regiment’ im Gewächshausversuch mit virusübertragenden Zikaden inokuliert. Mithilfe der SNP Markerdaten des 15k iSelect Beadchips wurde eine genetische Karte erstellt und eine QTL Analyse durchgeführt. Es wurde ein signifikanter
Haupt-QTL auf Chromosom 6A für die Virusextinktion lokalisiert (LOD = 22.6, assoziierte Peakmarker RFL_Contig6053_2072 und Kukri_rep_c95718_868), welcher 38,4 % der phänotypische Varianz erklärt.
Ein Hauptziel dieser Arbeit war es weitere Resistenzquellen mithilfe eines phänotypischen Screenings aufzudecken. Dafür wurden 587 di-, tetra- und hexaploide Weizenakzessionen in Gazezeltversuchen mithilfe WDV übertragender Zikaden
künstlich infiziert. In einer genomweiten Assoziationsstudie, welche 250 hexaploide Triticum-Akzessionen aus der Testkollektion umfasste, wurden unter Verwendung der 15k iSelect Markerdaten zur Genotypisierung Assoziationen zwischen Markern und Merkmalen für die WDV Resistenz detektiert. Die Phänotypisierung ergab 19 Akzessionen mit einer durchschnittlich geringeren Infektionsrate als ‘Mv Vekni’, welche die Spezies T. aestivum, T. vavilovii, T. boeoticum, T. macha, Ae. geniculata, Ae. bicornis und Ae. longissima umfassen. Hervorzuheben sind vier hexaploide
Weizenakzessionen, davon zwei Triticum vavilovii (TRI 4630, Herkunftsland China; TRI 9632, ehemalige Sowjetunion) und zwei Triticum aestivum Akzessionen (PI 245511, Afghanistan; Sorte ‘Fisht’, Russland), die in dreijährigen Untersuchungen eine durchschnittlich niedrige Anzahl infizierter Pflanzen (4.4-5.7 %) und einen Relativertrag von 46.2-76.8 % im Vergleich zur Kontrolle aufwiesen. In der Assoziationsstudie konnten 47 signifikante Marker-Merkmals Assoziationen (FDR, α < 0.05), die 35 QTL Regionen repräsentieren, für die durch WDV beeinflussten Merkmale relative Pflanzenhöhe auf den Chromosomen 1B, 1D, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 6A, 7A, 7B (26 QTLs), relativer Ertrag auf den Chromosomen 1B, 2B, 3A (7 QTLs) und relatives Tausendkorngewicht auf Chromosom 5A (2 QTLs) detektiert werden, welche zwischen 7.0 % und 18.3 % der phänotypischen Varianz erklären.
In dieser Studie konnten genotypische Unterschiede hinsichtlich der Anfälligkeit gegenüber WDV im Weizen-Genpool nachgewiesen werden, welche sich unabhängig von der Ploidiestufe zeigten. Die identifizierten QTL Regionen für partielle WDV Resistenz in hexaploiden Triticum-Akzessionen stellen die Basis zur Entwicklung molekularer Marker für die markergestützte Resistenzzüchtung dar.
SNP markers derived from the 15k iSelect Beadchip and QTL mapping was performed. A significant, major QTL was identified for the virus titre on chromosome 6A (QTLVxR- 6A) with the peakmarkers RFL_Contig6053_2072 and Kukri_rep_c95718_868 at LOD = 22.6 explaining 38.4 % of the phenotypic variance with the positive allele derived
from ‘Mv Vekni’.
In order to identify additional sources of resistance to WDV, 587 di-, tetra- and hexaploid wheat accessions were screened in gauze house inoculation tests using WDV carrying leafhoppers. An association subpanel of 250 hexaploid Triticum accessions was genotyped with the 15k iSelect data to detect MTAs for WDV resistance. The phenotypic screening revealed 19 accessions including T. aestivum, T. vavilovii, T. boeoticum, T. macha, Ae. geniculata, Ae. bicornis and Ae. longissima accessions with a lower average infection rate than ‘Mv Vekni’. In particular, two Triticum vavilovii (TRI 4630,
China; TRI 9632, Former Soviet Union) and two Triticum aestivum (PI 245511, Afghanistan; cultivar ‘Fisht’, Russia) showing only 4.4-5.7 % infected plants and 46.2-76.8 % relative yield compared to the uninfected control based on average data from three test years were identified. In the GWAS, 47 significant MTAs (FDR, α < 0.05) representing 35 putative QTLs were detected for relative plant height on chromosomes 1B, 1D, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 6A, 7A, 7B (26 QTLs), relative yield on chromosomes 1B, 2B, 3A (7 QTLs) and thousand kernel weight on chromosome 5A (2 QTLs) explaining
7.0-18.3 % of the phenotypic variance. This study revealed that genotypic differences in susceptibility to WDV are present in the wheat genepool across different ploidy levels. The identified QTLs for partial resistance to WDV provide a starting point for the development of molecular markers for marker-assisted WDV resistance breeding. Das Weizenverzwergungsvirus (WDV) wird durch die Zikade Psammotettix alienus übertragen und kann erhebliche Ertragseinbußen insbesondere in Winterweizen- und Gerstenanbaugebieten verursachen. Viruskrankheiten, die durch Insekten übertragbar sind, werden durch den Klimawandel und die damit einhergehenden wärmeren Temperaturen in den Herbst- und Wintermonaten aufgrund der verlängerten Infektionszeiten, an Bedeutung gewinnen. Als eine der wenigen bisher bekannten Resistenzquellen wird die ungarische Winterweizensorte ‘Mv Vekni’ als partiell resistant gegenüber WDV beschrieben (Benkovics et al. 2010). Um die genetische Basis dieser partiellen Resistenz aufzuklären, wurden zwei F2 Populationen, die zusammengefasst aus 157 Pflanzen bestanden, aus der Kreuzung zwischen ‘Mv Vekni’ und der anfälligen
Sorte ‘Mv Regiment’ im Gewächshausversuch mit virusübertragenden Zikaden inokuliert. Mithilfe der SNP Markerdaten des 15k iSelect Beadchips wurde eine genetische Karte erstellt und eine QTL Analyse durchgeführt. Es wurde ein signifikanter
Haupt-QTL auf Chromosom 6A für die Virusextinktion lokalisiert (LOD = 22.6, assoziierte Peakmarker RFL_Contig6053_2072 und Kukri_rep_c95718_868), welcher 38,4 % der phänotypische Varianz erklärt.
Ein Hauptziel dieser Arbeit war es weitere Resistenzquellen mithilfe eines phänotypischen Screenings aufzudecken. Dafür wurden 587 di-, tetra- und hexaploide Weizenakzessionen in Gazezeltversuchen mithilfe WDV übertragender Zikaden
künstlich infiziert. In einer genomweiten Assoziationsstudie, welche 250 hexaploide Triticum-Akzessionen aus der Testkollektion umfasste, wurden unter Verwendung der 15k iSelect Markerdaten zur Genotypisierung Assoziationen zwischen Markern und Merkmalen für die WDV Resistenz detektiert. Die Phänotypisierung ergab 19 Akzessionen mit einer durchschnittlich geringeren Infektionsrate als ‘Mv Vekni’, welche die Spezies T. aestivum, T. vavilovii, T. boeoticum, T. macha, Ae. geniculata, Ae. bicornis und Ae. longissima umfassen. Hervorzuheben sind vier hexaploide
Weizenakzessionen, davon zwei Triticum vavilovii (TRI 4630, Herkunftsland China; TRI 9632, ehemalige Sowjetunion) und zwei Triticum aestivum Akzessionen (PI 245511, Afghanistan; Sorte ‘Fisht’, Russland), die in dreijährigen Untersuchungen eine durchschnittlich niedrige Anzahl infizierter Pflanzen (4.4-5.7 %) und einen Relativertrag von 46.2-76.8 % im Vergleich zur Kontrolle aufwiesen. In der Assoziationsstudie konnten 47 signifikante Marker-Merkmals Assoziationen (FDR, α < 0.05), die 35 QTL Regionen repräsentieren, für die durch WDV beeinflussten Merkmale relative Pflanzenhöhe auf den Chromosomen 1B, 1D, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 6A, 7A, 7B (26 QTLs), relativer Ertrag auf den Chromosomen 1B, 2B, 3A (7 QTLs) und relatives Tausendkorngewicht auf Chromosom 5A (2 QTLs) detektiert werden, welche zwischen 7.0 % und 18.3 % der phänotypischen Varianz erklären.
In dieser Studie konnten genotypische Unterschiede hinsichtlich der Anfälligkeit gegenüber WDV im Weizen-Genpool nachgewiesen werden, welche sich unabhängig von der Ploidiestufe zeigten. Die identifizierten QTL Regionen für partielle WDV Resistenz in hexaploiden Triticum-Akzessionen stellen die Basis zur Entwicklung molekularer Marker für die markergestützte Resistenzzüchtung dar.
| 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 | Resistenz • Virus • Weizen |
| ISBN-10 | 3-95547-118-7 / 3955471187 |
| ISBN-13 | 978-3-95547-118-7 / 9783955471187 |
| Zustand | Neuware |
| Haben Sie eine Frage zum Produkt? |
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