Các nhiễm sắc thể tách biệt như một nguồn marker DArT mới và hiệu quả cho việc làm dày các bản đồ di truyền

Theoretical and Applied Genetics - Tập 121 - Trang 465-474 - 2010
Peter Wenzl1,2, Pavla Suchánková3, Jason Carling1, Hana Šimková3, Eric Huttner1, Marie Kubaláková3, Pierre Sourdille4, Edie Paul5, Catherine Feuillet4, Andrzej Kilian1, Jaroslav Doležel3
1Diversity Arrays Technology Pty Ltd, Yarralumla, Australia
2International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT), Mexico DF, Mexico
3Laboratory of Molecular Cytogenetics and Cytometry, Institute of Experimental Botany, Olomouc, Czech Republic
4INRA-UBP, UMR1095, Genetics Diversity and Ecophysiology of Cereals, Clermont-Ferrand, France
5GeneFlow Inc., Centreville, USA

Tóm tắt

Chúng tôi mô tả cách công nghệ đa dạng gen (DArT) có thể kết hợp với việc phân loại nhiễm sắc thể để tăng mật độ của các bản đồ di truyền trong các vùng ở gen cụ thể. Nhiễm sắc thể 3B và cánh ngắn của nhiễm sắc thể 1B (1BS) của lúa mì đã được phân lập bằng phương pháp lọc dòng tế bào và được sử dụng để phát triển các mảng genotip được làm giàu cho nhiễm sắc thể và cánh nhiễm sắc thể chứa 2.688 dòng 3B và 384 dòng 1BS. Phân tích liên kết cho thấy 553 trong số 711 marker dị hợp sắc thể 3B (78%) được bản đồ hóa vào nhiễm sắc thể 3B, và 59 trong số 68 marker dị hợp sắc thể 1BS (87%) được bản đồ hóa vào nhiễm sắc thể 1BS, xác nhận tính hiệu quả của phương pháp phân loại nhiễm sắc thể. Để chứng minh tiềm năng làm dày các bản đồ di truyền, chúng tôi đã xây dựng một bản đồ đồng thuận của nhiễm sắc thể 3B bằng cách sử dụng 19 quần thể bản đồ, bao gồm một số quần thể đã được genotip hóa bằng mảng làm giàu 3B. Các marker DArT có nguồn gốc từ 3B đã gấp đôi số lượng vị trí di truyền được bao phủ. Bản đồ đồng thuận thu được, có thể là bản đồ di truyền dày đặc nhất của 3B tính đến thời điểm này, chứa 939 marker (779 DArT và 160 marker khác) phân ly trên 304 vị trí di truyền khác nhau. Quan trọng là chỉ 2.688 dòng 3B (probe) cần được sàng lọc để có được gần gấp đôi số marker 3B dị hợp (510) so với việc sàng lọc khoảng 70.000 dòng gen từ toàn bộ bộ gen (269). Do một mảng DArT làm giàu có thể được phát triển từ dưới 5 ng DNA nhiễm sắc thể, một lượng có thể thu được trong vòng 1 giờ sau khi phân loại, phương pháp này có thể dễ dàng được áp dụng cho bất kỳ loại cây trồng nào mà việc phân loại nhiễm sắc thể có sẵn.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Akbari M, Wenzl P, Vanessa C, Carling J, Xia L, Yang S, Uszynski G, Mohler V, Lehmensiek A, Kuchel H, Hayden MJ, Howes N, Sharp P, Rathmell B, Vaughan P, Huttner E, Kilian A (2006) Diversity arrays technology (DArT) for high-throughput profiling of the hexaploid wheat genome. Theor Appl Genet 113:1409–1420 Bennett MD, Smith JB (1976) Nuclear DNA amounts in angiosperms. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 274:227–274 Doležel J, Binarová P, Lucretti S (1989) Analysis of nuclear DNA content in plant cells by flow cytometry. Biol Plant 31:113–120 Doležel J, Kubaláková M, Bartoš J, Macas J (2004) Flow cytogenetics and plant genome mapping. Chrom Res 12:77–91 Doležel J, Kubaláková M, Paux E, Bartoš J, Feuillet C (2007) Chromosome-based genomics in cereals. Chrom Res 15:51–66 Doležel J, Šimková H, Kubaláková M, Šafář J, Suchánková P, Číhalíková J, Bartoš J, Valárik M (2009) Chromosome genomics in the Triticeae. In: Feuillet C, Muehlbauer GJ (eds) Genetics and genomics of the Triticeae. Springer, Berlin, pp 285–316 Doveri S, Lee D, Maheswaran M, Powell W (2008) Molecular markers: history, features and applications. In: Kole C, Abbott AG (eds) Principles and practices of plant genomics, vol 1. Genome mapping. Science Publishers, Enfield, pp 23–67 Feuillet C, Eversole K (2008) Physical mapping of the wheat genome: a coordinated effort to lay the foundation for genome sequencing and develop tools for breeders. Isr J Plant Sci 55:307–313 Gill BS, Friebe B, Endo TR (1991) Standard karyotype and nomenclature system for description of chromosome bands and structural aberrations in wheat (Triticum aestivum). Genome 34:830–839 Hobza R, Vyskot B (2007) Laser microdissection-based analysis of plant sex chromosomes. Methods Cell Biol 82:433–453 Jaccoud D, Peng K, Feinstein D, Kilian A (2001) Diversity arrays: a solid state technology for sequence information independent genotyping. Nucleic Acids Res 29:e25 Janda J, Bartoš J, Šafář J, Kubaláková M, Valárik M, Číhalíková J, Šimková H, Caboche M, Sourdille P, Bernard M, Chalhoub B, Doležel J (2004) Construction of a subgenomic BAC library specific for chromosomes 1D, 4D and 6D of hexaploid wheat. Theor Appl Genet 109:1337–1345 Janda J, Šafář J, Kubaláková M, Bartoš J, Kovářová P, Suchánková P, Pateyron S, Číhalíková J, Sourdille P, Šimková H, Fairaivre-Rampant P, Hřibová E, Bernard M, Lukaszewski A, Doležel J, Chalhoub B (2006) Advanced resources for plant genomics: BAC library specific for the short arm of wheat chromosome 1B. Plant J 47:977–986 Kilian A, Huttner E, Wenzl P, Jaccoud D, Carling J, Caig V, Evers M, Heller-Uszynska K, Cayla C, Patarapuwadol S, Xia L, Yang S, Thomson B (2005) The fast and the cheap: SNP and DArT-based whole genome profiling for crop improvement. In: Tuberosa R, Phillips RL, Gale M (eds) In the wake of the double helix: from the green revolution to the gene revolution bologna. Avenue media, Bologna, pp 443–461 Kofler R, Bartoš J, Gong L, Stift G, Suchánková P, Šimková H, Berenyi M, Burg K, Doležel J, Lelley T (2008) Development of microsatellite markers specific for the short arm of rye (Secale cereale L.) chromosome 1. Theor Appl Genet 117:915–926 Kubaláková M, Vrána J, Číhalíková J, Šimková H, Doležel J (2002) Flow karyotyping and chromosome sorting in bread wheat (Triticum aestivum L.). Theor Appl Genet 104:1362–1372 Lincoln SE, Lander ES (1992) Systematic detection of errors in genetic linkage data. Genomics 14:604–610 Mayer KFX, Taudien S, Martis M, Šimková H, Suchánková P, Gundlach H, Wicker T, Petzold A, Felder M, Steuernagel B, Scholz U, Graner A, Platzer M, Doležel J, Stein N (2009) Gene content and virtual gene order of barley chromosome 1H. Plant Physiol 151:496–505 Meyers BC, Scalabrin S, Morgante M (2004) Mapping and sequencing complex genomes: let’s get physical! Nat Rev Genet 5:578–588 Nguyen HT, Wu X (2005) Molecular marker systems for genetic mapping. In: Meksem K, Kahl G (eds) The handbook of plant genome mapping. Wiley-VCH, Weinheim, pp 23–52 Paux E, Sourdille P, Salse J, Saintenac C, Choulet F, Leroy P, Korol A, Michalak M, Kianian S, Spielmeyer W, Lagudah E, Somers D, Kilian A, Alaux M, Vautrin S, Bergès H, Eversole K, Appels R, Šafář J, Šimková H, Doležel J, Bernard M, Feuillet C (2008) A physical map of the 1-gigabase bread wheat chromosome 3B. Science 322:101–104 Požárková D, Koblížková A, Román B, Torres AM, Lucretti S, Lysák MA, Doležel J, Macas J (2002) Development and characterization of microsatellite markers from chromosome 1-specific DNA libraries of Vicia faba. Biol Plant 45:337–345 Román B, Satovic Z, Požárková D, Macas J, Doležel J, Cubero JI, Torres AM (2004) Development of a composite map in Vicia faba, breeding applications and future prospects. Theor Appl Genet 108:1079–1088 Šafář J, Bartoš J, Janda J, Bellec A, Kubaláková M, Valárik M, Pateyron S, Weiserová J, Tušková R, Číhalíková J, Vrána J, Šimková H, Faivre-Rampant P, Sourdille P, Caboche M, Bernard M, Doležel J, Chalhoub B (2004) Dissecting large and complex genomes: flow sorting and BAC cloning of individual chromosomes from bread wheat. Plant J 39:960–968 Sears ER (1954) The aneuploids of common wheat. Missouri Agric Exp Stn Res Bull 572:1–58 Semagn K, Bjornstad A, Skinnes H, Maroy AG, Tarkegne Y, William M (2006) Distribution of DArT, AFLP, and SSR markers in a genetic linkage map of a doubled-haploid hexaploid wheat population. Genome 49:545–555 Šimková H, Šafář J, Suchánková P, Kovářová P, Bartoš J, Kubaláková M, Janda J, Číhalíková J, Mago R, Lelley T, Doležel J (2008a) A novel resource for genomics of Triticeae: BAC library specific for the short arm of rye (Secale cereale L.) chromosome 1R (1RS). BMC Genomics 9:237 Šimková H, Svensson JT, Condamine P, Hřibová E, Suchánková P, Bhat PR, Bartoš J, Šafář J, Close TJ, Doležel J (2008b) Coupling amplified DNA from flow-sorted chromosomes to high-density SNP mapping in barley. BMC Genomics 9:294 Sourdille P, Cadalen T, Guyomarch H, Snape J, Perretant M, Charmet G, Boeuf C, Bernard S, Bernard M (2003) An update of the Courtot × Chinese Spring intervarietal molecular marker linkage map for the QTL detection of agronomic traits in beat. Theor Appl Genet 106:530–538 Valárik M, Bartoš J, Kovářová P, Kubaláková M, de Jong H, Doležel J (2004) High-resolution FISH on super-stretched flow-sorted plant chromosomes. Plant J 37:940–950 Van Deynze AE, Nelson JC, Yglesias ES, Harrington SE, Braga DP, McCouch SR, Sorrells ME (1995) Comparative mapping in grasses: wheat relationships. Mol Gen Genet 248:744–754 van Os H, Stam P, Visser RGF, van Eck HJ (2005) RECORD: a novel method for ordering loci on a genetic linkage map. Theor Appl Genet 112:30–40 Vláčilová K, Ohri D, Vrána J, Číhalíková J, Kubaláková M, Kahl G, Doležel J (2002) Development of flow cytogenetics and physical genome mapping in chickpea (Cicer arietinum L.). Chrom Res 10:695–706 Vrána J, Kubaláková M, Šimková H, Číhalíková J, Lysák MA, Doležel J (2000) Flow-sorting of mitotic chromosomes in common wheat (Triticum aestivum L.). Genetics 156:2033–2041 Wenzl P, Carling J, Kudrna D, Jaccoud D, Huttner E, Kleinhofs A, Kilian A (2004) Diversity arrays technology (DArT) for whole-genome profiling of barley. Proc Natl Acad Sci USA 101:9915–9920 Wenzl P, Li H, Carling J, Zhou M, Raman H, Paul E, Hearnden P, Maier C, Xia L, Caig V, Ovesna J, Cakir M, Poulsen D, Wang J, Raman R, Smith KP, Muehlbauer GJ, Chalmers KJ, Kleinhofs A, Huttner E, Kilian A (2006) A high-density consensus map of barley linking DArT markers to SSR, RFLP and STS loci and phenotypic traits. BMC Genomics 7:206 White J, Law JR, MacKay I, Chalmers KJ, Smith JS, Kilian A, Powell W (2008) The genetic diversity of UK, US and Australian cultivars of Triticum aestivum measured by DArT markers and considered by genome. Theor Appl Genet 116:439–453