Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định vị trí giao thoa 5DS–5BS được trung gian bởi ph1b trong các dòng lúa mì cứng mềm (Triticum turgidum subsp. durum)
Tóm tắt
Sự tái tổ hợp di truyền là cơ chế chính và là cơ sở của sự đa dạng di truyền cũng như cải tiến cây trồng. Tái tổ hợp thường xảy ra giữa các nhiễm sắc thể đồng điệu. Tuy nhiên, ở lúa mì, nó cũng có thể xảy ra giữa các nhiễm sắc thể đồng tổ hợp nếu vắng mặt locus Ph1 (Pairing homoeologous-1) (ph1b). Gần đây, các gen liên quan đến đặc điểm hạt mềm trên nhiễm sắc thể 5DS xa của lúa mì thường đã được chuyển vào nhiễm sắc thể 5BS của lúa mì durum thông qua tái tổ hợp được trung gian bởi ph1b. Một số dòng tái tổ hợp 5DS–5BS độc lập mang sự chuyển vị 5DS đã được tạo ra. Tuy nhiên, kích thước cụ thể của sự chuyển vị và khu vực nơi xảy ra điểm gãy chuyển vị vẫn chưa xác định cho bất kỳ dòng nào. Trong nghiên cứu hiện tại, bốn dòng tái tổ hợp 5DS–5BS độc lập đã được điều tra và các điểm gãy chuyển vị đã được lập bản đồ chi tiết và giải trình tự. Tất cả các dòng được phân tích đã mất một đoạn 5BS khoảng ~ 20,742,425 bp và thu được một đoạn 5DS khoảng ~ 28,163,252 bp. Điểm gãy tái tổ hợp trong mỗi dòng được xác định nằm trong một gen dự đoán trong một vùng bảo tồn 39 bp, cho thấy sự tồn tại của một điểm nóng tái tổ hợp. Thông tin thu được sau đó đã được sử dụng để phát triển một dấu hiệu KASP chẩn đoán cho sự chuyển vị 5DS–5BS. Cuối cùng, một tập con của các dòng lúa mì durum mềm có độ cứng hạt khác nhau đã được phân tích thông qua phương pháp lai gien tại chỗ (GISH) và hiển vi điện tử quét (SEM). Từ cả phân tích GISH và SEM, không phát hiện sự khác biệt lớn giữa các dòng, cho thấy rằng các yếu tố ngoài tái tổ hợp trung gian bởi ph1b hoặc hình thái nội nhũ đã chịu trách nhiệm cho sự biến đổi độ cứng hạt.
Từ khóa
#tái tổ hợp di truyền #lúa mì #ph1b #chuyển vị #độ cứng hạtTài liệu tham khảo
Agriculture and Agri-Food Canada (2018) http://www.agr.gc.ca/eng/industry-markets-and-trade/canadian-agri-food-sector-intelligence/crops/reports-and-statistics-data-for-canadian-principal-field-crops/canada-outlook-for-principal-field-crops-2018-01-25/?id=1516980819832#a1. Accessed 12 Nov 2019
Baker K, Dhillon T, Colas I, Cook N, Milne I, Milne L, Bayer M, Flavell AJ (2015) Chromatin state analysis of the barley epigenome reveals a higher-order structure defined by H3K27me1 and H3K27me3 abundance. Plant J 84:111–124
Bennetzen JL (2002) Mechanisms and rates of genome expansion and contraction in flowering plants. Genetica 115:29–36
Boehm JD Jr, Ibba MI, Kiszonas AM, Morris CF (2017a) End-use quality of CIMMYT-derived soft-kernel durum wheat germplasm: I. Grain, milling and soft wheat quality. Crop Sci 57:1475–1484
Boehm JD Jr, Zhang M, Cai X, Morris CF (2017b) Molecular and cytogenetic characterization of the 5DS–5BS chromosome translocation conditioning soft texture in durum wheat. Plant Genome 10:1–11
Boehm JD Jr, Ibba MI, Kiszonas AM, See DR, Skinner DZ, Morris CF (2018) Genetic analysis of kernel texture (grain hardness) in a hard red spring wheat (Triticum aestivum L.) bi-parental population. J Cereal Sci 79:57–65
Cai X, Jones SS, Murray TD (1998) Molecular cytogenetic characterization of Thinopyrum and wheat—Thinopyrum translocated chromosomes in a wheat—Thinopyrum amphiploid. Chromosome Res 6:183–189
Ceoloni C, Biagetti M, Ciaffi M, Forte P, Pasquini M (1996) Wheat chromosome engineering at the 4× level: the potential of different alien gene transfers into durum wheat. Euphytica 89:87–97
Chantret N, Salse J, Sabot F, Rahman S, Bellec A, Laubin B, Dubois I, Dossat C, Sourdille P, Joudrier P, Gautier MF, Cattolico L, Beckert M, Aubourg S, Weissenbach J, Caboche M, Bernard M, Leroy P, Chalhoub B (2005) Molecular basis of evolutionary events that shaped the hardness locus in diploid and polyploid wheat species (Triticum and Aegilops). Plant Cell 17:1033–1045
Choi K, Zhao X, Kelly KA, Venn O, Higgins JD, Yelina NE, Hardcastle TJ, Ziolkowski PA, Copenhaver GP, Franklin FCH, McVean G, Henderson IR (2013) Arabidopsis meiotic crossover hot spots overlap with H2A.Z nucleosomes at gene promoters. Nat Genet 45:1327–1336
Darrier B, Rimbert H, Balfourier F, Pingault L, Josselin AA, Servin B, Navarro J, Choulet F, Paux E, Sourdille P (2017) High-resolution mapping of crossover events in the hexaploid wheat genome suggests a universal recombination mechanism. Genetics 206:1373–1388
Dvorak J, Gorham J (1992) Methodology of gene transfer by homoeologous recombination into Triticum turgidum—transfer of the K+/Na+ discrimination from Triticum aestivum. Genome 35:639–646
Han C, Ryan PR, Yan Z, Delhaize E (2014) Introgression of a 4D chromosomal fragment into durum wheat confers aluminum tolerance. Ann Bot Lond 114:135–144
Ibba MI, Kiszonas AM, See DR, Skinner DZ, Morris CF (2019) Mapping kernel texture in a soft durum (Triticum turgidum subsp. durum) wheat population. J Cereal Sci 85:20–26
International Wheat Genome Sequencing Consortium, Appels R, Eversole K, Stein N, Feuillet C, Keller B, Rogers J, Pozniak CJ, Choulet F, Distelfeld A et al (2018) Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome. Science 361:eaar7191
Joppa LR, Klindworth DL, Hareland GA (1998) transfer of high molecular weight glutenins from spring wheat to durum wheat. In: Slinkard AE (ed) Proceedings of the 9th international wheat genet symposium. University Saskatchewan Extension Press, Saskatoon, SK, Canada, pp 257–260
Jordan KW, Wang S, He F, Chao S, Lun Y, Paux E, Sourdille P, Sherman J, Akhunova A, Blake NK, Pumphrey MO, Glover K, Dubcovsky J, Talbert L, Akhunov ED (2018) The genetic architecture of genome-wide recombination rate variation in allopolyploid wheat revealed by nested association mapping. Plant J 95:1039–1054
Kong A, Thorleifsson G, Gudbjartsson DF, Masson G, Sigurdsson A, Jonasdottir A, Walters GB, Jonasdottir A, Gylfason A, Kristinsson KT, Gudjonsson SA, Frigge ML, Helgason A, Thorsteinsdottir U, Stefansson K (2010) Fine-scale recombination rate differences between sexes, populations and individuals. Nature 467:1099–1103
Kumar N, Orenday-Ortiz JM, Kiszonas AM, Boehm JD Jr, Morris CF (2019) Genetic analysis of a unique ‘super soft’ kernel texture phenotype in soft spring wheat. J Cereal Sci 85:162–167
Lafiandra D, Ceoloni C, Carozza B, Margiotta B, Urbano M, Colaprico G, D’Egidio MG (2007) Introduction of d-genome related gluten proteins into durum wheat. In: Buck HT, Nisi JE, Salomón N (eds) Wheat production in stressed environments. Developments in plant breeding, vol 12. Springer, Dordrecht, pp 449–454
Liu S, Schnable JC, Ott A, Yeh CT, Springer NM, Yu J, Muehlbauer G, Timmermans MCP, Scanlon MJ, Schnable PS (2018) Intragenic meiotic crossovers generate novel alleles with transgressive expression levels. Mol Biol Evol 35:2762–2772
Lukaszewski AJ (2000) Manipulation of the 1RS.1BL translocation in wheat by induced homoeologous recombination. Crop Sci 40:216–225
Lukaszewski AJ (2003) Registration of six germplasms of durum wheat with introgressions of the Glu-D1 locus. Crop Sci 43:1138–1139
Lukaszewski AJ, Curtis CA (1994) Transfer of the Glu-D1 gene from chromosome 1D to chromosome 1A in hexaploid triticale. Plant Breed 112:177–182
Luo MC, Dubkovsky J, Goyal S, Dvorak J (1996) Engineering of interstitial foreign chromosome segments containing the K+/Na+ selectivity gene Kna1 by sequential homoeologous recombination in durum wheat. Theor Appl Genet 93:1180–1184
Maccaferri M, Harris NS, Twardziok SO, Pasam RK, Gundlach H, Spannagl M, Ormanbekova D, Lux T et al (2019) Durum wheat genome highlights past domestication signatures and future improvement targets. Nat Genet 51:885–895
Matsuoka Y (2011) Evolution of polyploid Triticum wheats under cultivation: the role of domestication, natural hybridization and allopolyploid speciation in their diversification. Plant Cell Physiol 52:750–764
McDowell JM, Dhandaydham M, Long TA, Aarts MGM, Goff S, Holub EB, Dangl JL (1998) Intragenic recombination and diversifying selection contribute to the evolution of downy mildew resistance at the RPP8 locus of Arabidopsis. Plant Cell 10:1861–1874
Mercier R, Mézard C, Jenczewski E, Macaisne N, Grelon M (2015) The molecular biology of meiosis in plants. Annu Rev Plant Biol 66:297–327
Morris CF, Simeone MC, King GE, Lafiandra D (2011a) Transfer of soft kernel texture from Triticum aestivum to durum wheat, Triticum turgidum ssp. durum. Crop Sci 51:114–122
Morris CF, Joppa LR, Simeone MC, Lafiandra D (2011b) Non-transgenic soft textured tetraploid wheat plants having grain with soft textured endosperm, endosperm therefrom and uses thereof. United States Patent and Trademark Office US 2011/0033605 A1
Murray JC, Kiszonas AM, Wilson J, Morris CF (2016) Effect of soft kernel texture on the milling properties of soft durum wheat. Cereal Chem 93:513–517
Pan QC, Li L, Yang XH, Tong H, Xu ST, Li ZG, Li WY, Muehlbauer GJ, Li JS, Yan JB (2016) Genome-wide recombination dynamics are associated with phenotypic variation in maize. New Phytol 210:1083–1094
Qi L, Friebe B, Zhang P, Gill BS (2007) Homoeologous recombination, chromosome engineering and crop improvement. Chromosome Res 15:3–19
Riley R, Chapman V (1958) Genetic control of the cytologically diploid behavior of hexaploid wheat. Nature 182:713–715
Shewry PR, Hey S (2015) The contribution of wheat to human diet and health. Food Energy Secur 4:178–202
Shilo S, Melamed-Bessudo C, Dorone Y, Barkai N, Levy AA (2015) DNA crossover motifs associated with epigenetic modifications delineate open chromatin regions in Arabidopsis. Plant Cell 27:2427–2436
Untergasser A, Cutcutache I, Koressaar T, Ye J, Faircloth BC, Remm M, Rozen SG (2012) Primer3—new capabilities and interfaces. Nucleic Acids Res 40:115
Zamudio N, Barau J, Teissandier A, Walter M, Borsos M, Servant N, Bourc’his D (2015) DNA methylation restrains transposons from adopting a chromatin signature permissive for meiotic recombination. Genes Dev 29:1256–1270