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. geniculata U g U g M g M g (2n = 4x = 28) Ae. umbellulata UU (2n = 2x = 14) Ae. comosa MM (2n = 2x = 14) Ae. biuncialis U b U b M b M b (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 Ae. geniculata só- és szárazságtűrés 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) (U b U b M b M b ) F 1 Hibrid Citológia Amfiploidok Addíciós vonalak Molekuláris markerek 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 Polimorfizmus intron > Polimorfizmus exon (1 SNP, Indel / 59 bp) (1 SNP, Indel / 714 bp) COS markerek: - Single copy markerek - Homeológ csoport specifikusak - Polimorfizmus fajon belül és fajok között - Modell fajokkal (rizs, Brachypodium) történő Synteny elemzés - Régió specifikus Homológia rizzsel, Brachypodiummal Egyedi gének szelekciója Egyedi rizs, Brachypodium gének Intron/exon határ szekvenciák keresése Teszt Primer tervezés In silico
Project 1: COS markerek azonosítása U és M genom kromoszómákon Kísérleti növények: Búza (Mv9kr1)/ Ae.biuncialis (MvGB642) addíciók: 1U b, 1U b 6U b, 3U b, 2M b, 3M b, 7M b + 3M b (4B), 3M b.4bs Búza (CSp)/ Ae.geniculata (TA2899) addíciók: 1U g, 2U g, 3U g, 4U g, 5U g, 7U g, 1M g, 2M g, 5M g, 6M g, 7M g 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 1U 2U 3U 4U 5U 6U 7U 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7M diploid prog. Ae. biuncialis Ae. geniculata 2B 2B, 1B TR146 TR146* TR146, 2U, 2P 3J, TR77, TR80 3J, TR80 TR72, TR76, TR92 TR72*, TR76*, TR92* TR72, TR76, TR92, TR129, 5M, 6J, TR128 TR128* TR128 2U, 2I, 6A 6A, 3B, 7C TR146 TR146* TR146, 2U, 2R, 2I TR80 TR87 TR128 TR128* TR128, 5A 6J 6A, 7C 5M
COS markerek kromoszómális lokalizációja búzán (D genom) és az Aegilops fajok U és M kromoszómáin
Intragenomikus duplikációk az Ae. biuncialis-ban (U b U b M b M b ) és az Ae. geniculata-ban (U g U g M g M g ), 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: Búza genotípusok: Chinese Spring (crossing partner) Robigus, Cordial, Napier (backcross partners) Atlas66 (Al tolerant control) Ae.uniaristata (JIC2120001) Al tolerance test: 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(NO 3 ) 2, 2.5 mm MgSO 4 0.5 mm NH 4 NO 3 ph 5.5 ph 4.0 ph 4.0 + Al (12 mg/l) BC vonalak: 3N rec5 x Cordiale 41-2 3N rec6 x Cordiale 42-8 3N rec4 x Robigus 135-10 3N rec6 x Robigus 75-1 Gyökér hossz mérés COS marker analízis (project 1.)
A 3N kromatin pozitív hatása a gyökér növekedésre kontroll körülmények között 80 70 ** ** ** ** ** ** ** ph 5.5 ** ** 60 ** ** root length (mm) 50 40 30 20 10 0 Chinese Sp 3N add 3N(3A)sub 3N(3B)sub 3N(3D)sub 3N rec 6 3N rec 4 3N rec 5 3N rec 3 3N rec AxN-16 3N rec NxA 5A/1 Napier Cordiale 3N 5xC 4-1-2 3N 6 xc 4-2-8 Robigus 3N 4 x R 135-10 3N 6 x R 75-1 **: Significantly different from CSp at P 0.01.
Al stressz hatása a gyökér növekedésre I. ph 4.0 ph 4.0 + Al ph 4.0 ph 4.0 + Al
Al stressz hatása a gyökér növekedésre II. 60 ph 4.0 50 ph 4.0+Al 40 root growth (mm) 30 20 10 0 Chinese Sp 3N add 3N(3A)sub 3N(3B)sub 3N(3D)sub 3N rec 6 3N rec 4 3N rec 5 3N rec 3 3N rec AxN-16 3N rec NxA 5A/1 Napier Cordiale 3N 5xC 4-1-2 3N 6 xc 4-2-8 Robigus 3N 4 x R 135-10 3N 6 x R 75-1
Az Al stressz hatása a másodlagos gyökerek képződésére I. Chinese Sp. 3N(3A) substitution 3N6 x R 75-1 ph 4.0 ph 4.0 + Al ph 4.0 ph 4.0 + Al ph 4.0 ph 4.0 + Al ph 4.0 + Al
Az Al stressz hatása a másodlagos gyökerek képződésére II.
Al toleráns genotípusok: 60 50 ph 4.0 ph 4.0+Al - addition line 3N - substitution lines: 3N(3A) - CSp/3N rec 3 root growth (mm) 40 30 20 - CSp/3N rec 5 10 - CSp/3N rec NxA 5A/1-3N rec6 x Robigus 75-1 0 Chinese Sp 3N add 3N(3A)sub 3N(3B)sub 3N(3D)sub 3N rec 6 3N rec 4 3N rec 5 3N rec 3 3N rec AxN-16 3N rec NxA 5A/1 Napier Cordiale 3N 5xC 4-1-2 3N 6 xc 4-2-8 Robigus 3N 4 x R 135-10 3N 6 x R 75-1
Physical mapping of Al tolerance located on the chromosome 3N of Ae. uniaristata * : genotypes with Al tolerance * * * * * * * Marker CS PBI Ae. uni 2120001 3N 3N(3A) 3N(3B) 3N(3D) CS 3N 6-3 CS 3N 4-1 CS 3N 5-1 3N rec3 TR72 259 p 259 TR73 452 p TR76 259 p TR77 294 p TR80 413 p TR60 244 p TR63 224 p 3I 337 p bad PCR bad PCR bad PCR TR68 367 p TR66 376 p TR83 354 p TR92 229 p TR104 p TR128 p TR112 TR66 TR67 TR58 TR64 TR68 TR70 TR75 TR81 TR83 TR88 TR91 TR93 TR95 TR97 TR100 TR102 TR105 TR107 TR110 7T np TR61 np TR71 no product 3B np 3G np 3J np TR82 np TR85 np TR101 no product TR106 np TR87 bad PCR TR108 bad PCR TR134 np TR150 np TR146 p TR143 np TR154 np 3N rec AxN-16 3N rec NxA 5A/1 Robigus Napier Cordiale Atlas66 3NxC 4-1-2 3NxC 4-2-8 3NxN 86-4 3NxN 176-1 3NxR 133-10 3NxR 75-1
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 Peak I. Peak II. Peak III. Peak IV. Mért 1U tartalom : 98,9% 25,8% 4,32% - (citológia)
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