Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đặc điểm di truyền gần gene DGAT1-2 về hàm lượng axit oleic cao và biến thiên tính trạng hạt trong bộ sưu tập giống ngô
Tóm tắt
Các nghiên cứu trước đây trên ngô đã xác định ba locus tính trạng định lượng (QTLs) mã hóa cho hàm lượng axit oleic cao (HOAC) (QTLs oleic6-1, oleic6-2 và oleic6-3) tại các vị trí 6.04–6.05, gần gene DGAT1-2. Mục tiêu của công trình này là (i) phát hiện các dấu hiệu mới cho phân tích liên kết không đồng nhất (LD) và phân tích haplotype ở vị trí xa gene DGAT1-2, (ii) phát triển một probe PCR DGAT1-2 mới để phát hiện allele quyết định HOAC (F469 insertion), (iii) thực hiện phân tích cụm cho các tính trạng hạt, và (iv) đánh giá sự đa dạng di truyền, LD, và phân tích liên kết cho các tính trạng hạt với probe PCR DGAT1-2 và 13 dấu hiệu đã được lập bản đồ trước đó gần DGAT1-2 trong bộ sưu tập ngô temperate Argentina gồm 111 dòng tự thụ phấn. Kết quả cho thấy sự đa dạng haplotype cao ở phía xa gene DGAT1-2 và mối liên hệ giữa dòng tự thụ phấn LP199 (có HOAC) và dòng W22 (genome tham chiếu) thuộc loại Non-Stiff Stalk. Tần suất của F469 là thấp (20%). F469 được phân nhóm với các đặc điểm loại hạt flint-grain, trong khi HOAC được liên kết với F469 qua các mô hình tuyến tính. Sự đa dạng di truyền tại các vị trí 6.04–6.05 là cao (0.62), trong khi mức độ LD là thấp (r2 ≤ 0.45). Mức độ LD thấp này chỉ ra một mức độ tái tổ hợp cao và không có LD giữa DGAT1-2 và các dấu hiệu dựng sườn QTLs oleic6-1 đến 3. Tuy nhiên, sự liên kết LD đáng kể giữa các dấu hiệu flanking các QTL này và sự đồng phân nhóm của F469 với nc009 (các dấu hiệu flanking QTLs oleic6-1 và 2) trong quá trình chuyển đổi dòng tự thụ phấn gợi ý rằng các QTL này có thể góp phần vào HOAC trong bộ sưu tập giống lai. Tuy vậy, cần có thêm các nghiên cứu để xác định chính xác hơn bản đồ tại các vị trí 6.04–6.05 cho mục đích lai giống.
Từ khóa
#đặc điểm di truyền #axit oleic cao #ngô #gene DGAT1-2 #tính trạng hạtTài liệu tham khảo
Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ (1990) Basic local alignment search tool. J Mol Biol 215:403–410. https://doi.org/10.1016/s0022-2836(05)80360-2
Barrett JC, Fry B, Maller J, Daly MJ (2005) Haploview: analysis and visualization of LD and haplotype maps. Bioinformatics 21:263–265. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bth457
Barthole G, Lepiniec L, Rogowsky PM, Baud S (2012) Controlling lipid accumulation in cereal grains. Plant Sci 185-186:33–39. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.09.002
Beló A, Zheng P, Luck S, Shen B, Meyer DJ, Li B, Tingey S, Rafalski A (2008) Whole genome scan detects an allelic variant of fad2 associated with increased oleic acid levels in maize. Mol Gen Genomics 279:1–10. https://doi.org/10.1007/s00438-007-0289-y
Bradbury PJ, Zhang Z, Kroon DE, Casstevens TM, Ramdoss Y, Buckler ES (2007) TASSEL: software for association mapping of complex traits in diverse samples. Bioinformatics 23:2633–2635. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btm308
Camus-Kulandaivelu L, Chevin L-M, Tollon-Cordet C, Charcosset A, Manicacci D, Tenaillon MI (2008) Patterns of molecular evolution associated with two selective sweeps in the Tb1-Dwarf8 region in maize. Genetics 180:1107–1121. https://doi.org/10.1534/genetics.108.088849
Casa AM, Brouwer C, Nagel A, Wang L, Zhang Q, Kresovich S, Wessler SR (2000) The MITE family heartbreaker (Hbr): molecular markers in maize. Proc Natl Acad Sci U S A 97:10083–10089
Chai Y, Hao X, Yang X, Allen WB, Li J, Yan J, Shen B, Li J (2012) Validation of DGAT1-2 polymorphisms associated with oil content and development of functional markers for molecular breeding of high-oil maize. Mol Breed 29:939–949. https://doi.org/10.1007/s11032-011-9644-0
Chen J, Hu Q, Zhang Y, Lu C, Kuang H (2013) P-MITE: a database for plant miniature inverted-repeat transposable elements. Nucleic Acids Res 42:D1176–D1181. https://doi.org/10.1093/nar/gkt1000
De La Fuente GN, Murray SC, Isakeit T, Park YS, Yan Y, Warburton ML, Kolomiets MV, Vendramin GG (2013) Characterization of genetic diversity and linkage disequilibrium of ZmLOX4 and ZmLOX5 loci in maize. PLoS ONE 8(1):e53973. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0053973
Di Rienzo JA, Casanoves F, Balzarini MG, et al (2011) InfoStat
Dudley JW (2008) Epistatic interactions in crosses of Illinois high oil × Illinois low oil and of Illinois high protein × Illinois low protein corn strains all rights reserved. No part of this periodical may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electr. Crop Sci 48:59–68. https://doi.org/10.2135/cropsci2007.04.0242
Dudley JW, Lambert RJ (2003) 100 generations of selection for oil and protein in corn. In: Plant breeding reviews. Wiley, pp 79–110
Estermann MA, Ugarte A, Pretini N, Vega CRC, Olmos SE (2017) Allele mining in the argentine public maize inbred line collection of two paralogous genes encoding NAC domains. Mol Breed 37. https://doi.org/10.1007/s11032-016-0602-8
Gaut BS, Long AD (2003) The lowdown on linkage disequilibrium. Plant Cell 15:1502–1506. https://doi.org/10.1105/tpc.150730
Gore MA, Chia JM, Elshire RJ, Sun Q, Ersoz ES, Hurwitz BL, Peiffer JA, McMullen MD, Grills GS, Ross-Ibarra J, Ware DH, Buckler ES (2009) A first-generation haplotype map of maize. Science (80- ) 326:1115–1117. https://doi.org/10.1126/science.1177837
Guillet-Claude C, Birolleau-Touchard C, Manicacci D, Rogowsky PM, Rigau J, Murigneux A, Martinant JP, Barrière Y (2004) Nucleotide diversity of the ZmPox3 maize peroxidase gene: relationships between a MITE insertion in exon 2 and variation in forage maize digestibility. BMC Genet 5(19):19. https://doi.org/10.1186/1471-2156-5-19
Guo C, Du J, Wang L et al (2016) Insertions/deletions-associated nucleotide polymorphism in Arabidopsis thaliana. Front Plant Sci 7(1792)
Hospital F (2001) Size of donor chromosome segments around introgressed loci and reduction of linkage drag in marker-assisted backcross programs. Genetics 158:1363–1379
Lambert R (2000) High-oil corn hybrids. In: Specialty corns, second edition. CRC Press
Laurie CC, Chasalow SD, LeDeaux JR et al (2004) The genetic architecture of response to long-term artificial selection for oil concentration in the maize kernel. Genetics 168:2141–2155. https://doi.org/10.1534/genetics.104.029686
Lee EA, Tracy WF (2009) Modern maize breeding. Department of Genetics, University of Georgia, Athens
Liu K, Muse SV (2005) PowerMaker: an integrated analysis environment for genetic maker analysis. Bioinformatics 21:2128–2129. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bti282
Liu K, Goodman M, Muse S, Smith JS, Buckler E, Doebley J (2003) Genetic structure and diversity among maize inbred lines as inferred from DNA microsatellites. Genetics 165:2117–2128
Lofland HB, Quackenbush FW, Brunson AM (1954) Distribution of fatty acids in corn oil. J Am Oil Chem Soc 31:412–414. https://doi.org/10.1007/BF02639020
Oakes J, Brackenridge D, Colletti R, Daley M, Hawkins DJ, Xiong H, Mai J, Screen SE, Val D, Lardizabal K, Gruys K, Deikman J (2011) Expression of fungal diacylglycerol acyltransferase2 genes to increase kernel oil in maize. Plant Physiol 155:1146–1157. https://doi.org/10.1104/pp.110.167676
Olmos SE, Delucchi C, Ravera M et al (2014a) Genetic relatedness and population structure within the public Argentinean collection of maize inbred lines. Maydica 59:16–31
Olmos SE, Lorea R, Eyhérabide GH (2014b) Genetic variability within accessions of the B73 maize inbred line. Maydica 59:298–305
Olmos SE, Lia VV, Eyhérabide GH (2016) Genetic diversity and linkage disequilibrium in the Argentine public maize inbred line collection. Plant Genet Resour Characterisation Util 15:515–526. https://doi.org/10.1017/S1479262116000228
Pandit E, Tasleem S, Barik SR, Mohanty DP, Nayak DK, Mohanty SP, Das S, Pradhan SK (2017) Genome-wide association mapping reveals multiple QTLs governing tolerance response for seedling stage chilling stress in Indica Rice. Front Plant Sci 8(552)
Peng T, Sun X, Mumm RH (2014) Optimized breeding strategies for multiple trait integration: I. Minimizing linkage drag in single event introgression. Mol Breed 33:89–104. https://doi.org/10.1007/s11032-013-9936-7
Percibaldi NM, Borrás FS, Robutti JL (1997) Método rápido de extracción y mutilación para determinar ácidos grasos en mejoramiento genético de aceite de maíz. In: Actas VI Congreso Nacional de Maíz. AINBA, Pergamino, Buenos Aires. Argentina, pp 5–8
Plewa MJ, Weber DF (1975) Monosomic analysis of fatty acid composition in embryo lipids of ZEA MAYS L. Genetics 81:277–286
Rosulj M, Trifunovic S, Husic I (2002) Nine cycles of mass selection for increasing oil content in two maize (Zea mays L.) synthetics. Genet Mol Biol 25:449–461
Ruiz M, Olmos S, Percibaldi N, et al (2010) Conversión de líneas elite de maíz a versiones alto oleico asistida por marcadores moleculares
SAS Institute Inc (2009) SAS/STAT 9.2 User’s Guide. User’s Guid SAS Inst Inc, Cary, NC 8640
Singh N, Vasudev S, Yadava DK, et al (2014) Oil improvement in maize: potential and prospects. In: Maize: nutrition dynamics and novel uses. Division of genetics, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi, India, pp 77–82
Tenaillon MI, Sawkins MC, Long AD, Gaut RL, Doebley JF, Gaut BS (2001) Patterns of DNA sequence polymorphism along chromosome 1 of maize (Zea mays ssp. mays L.). Proc Natl Acad Sci U S A 98:9161–9166. https://doi.org/10.1073/pnas.151244298
Thornsberry JM, Goodman MM, Doebley J, Kresovich S, Nielsen D, Buckler ES (2001) Dwarf8 polymorphisms associate with variation in flowering time. Nat Genet 28:286–289. https://doi.org/10.1038/90135
Tian D, Wang Q, Zhang P, Araki H, Yang S, Kreitman M, Nagylaki T, Hudson R, Bergelson J, Chen JQ (2008) Single-nucleotide mutation rate increases close to insertions/deletions in eukaryotes. Nature 455:105–108. https://doi.org/10.1038/nature07175
van Heerwaarden J, Hufford MB, Ross-Ibarra J (2012) Historical genomics of North American maize. Proc Natl Acad Sci U S A 109:12420–12425. https://doi.org/10.1073/pnas.1209275109
Weng J, Xie C, Hao Z, Wang J, Liu C, Li M, Zhang D, Bai L, Zhang S, Li X (2011) Genome-wide association study identifies candidate genes that affect plant height in Chinese elite maize (Zea mays l.) inbred lines. PLoS One 6:e29229. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0029229
White PJ, Pollak LM, Duvick S (2007) Improving the fatty acid composition of corn oil by using germplasm introgression. Lipid Technol 19:35–38. https://doi.org/10.1002/lite.200600009
Wittkopp PJ, Kalay G (2012) Cis-regulatory elements: molecular mechanisms and evolutionary processes underlying divergence. Nat Rev Genet 13:59–69
Yang X, Guo Y, Yan J, Zhang J, Song T, Rocheford T, Li JS (2010) Major and minor QTL and epistasis contribute to fatty acid compositions and oil concentration in high-oil maize. Theor Appl Genet 120:665–678. https://doi.org/10.1007/s00122-009-1184-1
Yu J, Pressoir G, Briggs WH, Vroh Bi I, Yamasaki M, Doebley JF, McMullen MD, Gaut BS, Nielsen DM, Holland JB, Kresovich S, Buckler ES (2006) A unified mixed-model method for association mapping that accounts for multiple levels of relatedness. Nat Genet 38:203–208
Yu J, Holland JB, McMullen MD, Buckler ES (2008) Genetic design and statistical power of nested association mapping in maize. Genetics 178:539–551. https://doi.org/10.1534/genetics.107.074245
Zhao K, Tung C-W, Eizenga GC, Wright MH, Ali ML, Price AH, Norton GJ, Islam MR, Reynolds A, Mezey J, McClung AM, Bustamante CD, McCouch SR (2011) Genome-wide association mapping reveals a rich genetic architecture of complex traits in Oryza sativa. Nat Commun 2:467. https://doi.org/10.1038/ncomms1467
Zheng P, Allen WB, Roesler K, Williams ME, Zhang S, Li J, Glassman K, Ranch J, Nubel D, Solawetz W, Bhattramakki D, Llaca V, Deschamps S, Zhong GY, Tarczynski MC, Shen B (2008) A phenylalanine in DGAT is a key determinant of oil content and composition in maize. Nat Genet 40:367–372. https://doi.org/10.1038/ng.85