Unraveling the genetic architecture of winter hardiness and quality traits in durum by genome wide and candidate gene based association mapping
Final Report Abstract
Gegenstand des Forschungsprojektes war die erstmalige Untersuchung der genetischen Architektur des Winterdurums in einer bisher noch nie realisierten Größe und Versuchsgenauigkeit im Durum überhaupt, was Anzahl Prüfglieder, Merkmale und molekulare Marker betrifft. Insgesamt wurden 18 Merkmale an 20 Orten erfasst und die Heritabilitäten aller Merkmale waren sehr hoch. Die Genotypisierung per Genotyping-by-Sequencing-Technik lieferte nach strengen Qualitätskontrollen über 30 000 Marker, die gleichmäßig auf alle Chromosomen verteilt waren, und zusammen mit einem frühzeitigen Abfall des Gametenphasenungleichgewichtes nach ca. 2-5 cM ideale Voraussetzungen für eine genomweite Assoziationskartierung darstellen. Eine Clusteranalyse basierend auf den genetischen Distanzen der Durumlinien zeigte eine mäßig große Populationsstruktur in dem verwendeten Sortenpanel. Es konnte insbesondere eine Trennung zwischen älteren osteuropäischen und neuern mitteleuropäischen Sorten festgestellt werden. Bei den modernen Sorten wurde zudem eine leichte Gruppierung nach Züchterhaus entdeckt. Die genomweite Assoziationskartierung lieferte 79 Marker, die signifikant mit den gemessenen Merkmalen korrelierten. Davon sind 13 von besonderem Interesse für die Züchtungsforschung, da sie jeweils einen großen Anteil der genetischen Varianz erklären. Für das Merkmal Frosttoleranz wurden zwei benachbarte Marker gefunden, die zusammen > 90% der genetischen Varianz erklärten. Eine Untersuchung mit neun bekannten Kandidatengenen der Forsttoleranz zeigte auf, dass dies zwei neue Marker sind. Allerdings scheinen diese eine sogenannte Copy Number Variation im Gen CBF-A14 abzubilden. Da eine Bestimmung der Copy Number Variation relativ aufwendig ist, wurden aus den beiden gefundenen Markern kostengünstige KASP-Marker entwickelt. Das Projekt ermöglichte uns, neue Kollaborationen mit nationalen und internationalen Forschergruppen auf zu bauen. Ferner hat es dazu beigetragen, dass wir in der internationalen Wissenschaftscommunity des Hartweizens nun als ein großer und wichtiger Partner wahrgenommen werden. Das Projekt hat zudem dazu geführt, dass neue Projektanträge aufbauend auf den Erkenntnissen zur Frosttoleranz und der genetischen Architektur der Carotinoidgehalte im Weizen in Vorbereitung sind.
Publications
-
2013. Combining frost tolerance, high grain yield and good pasta quality in durum wheat. Plant Breeding, 132:353-358
Longin, C.F.H., A. Sieber, and J.C. Reif
-
2014. Evaluation of a semi-controlled test as a selec-tion tool for winter hardiness in durum wheat (Triticum durum). Plant breeding, 133:465-469
Sieber, A.-N., T. Würschum, and C.F.H. Longin
-
2015. Molecular characterization of winter durum wheat (Triticum durum) based on a genotyping-by-sequencing approach. Plant Genetic Resources: 1-9
Sieber, A.-N., C.F.H. Longin, T. Würschum
-
2015. Vitreousity, its stability and relationship to protein content in durum wheat. Journal of Cereal Science 61:71-77
Sieber, A.-N., T. Würschum, C.F.H. Longin
-
2016. Copy number variation of CBF-A14 at the Fr-A2 locus determines frost tolerance in winter durum wheat. Theoretical Applied Genetics
Sieber, A.-N., C.F.H. Longin, W.L. Leiser, and T. Würschum
-
The potential of genomic‐assisted breeding to improve Fusarium head blight resistance in winter durum wheat. Plant breeding, 136,5, October 2017, Pages 610-619
Miedaner, T., A.-N. Sieber, H. Desaint, H. Bürstmayr, T. Würschum, and C.F.H. Longin
