Maize is one of the most important food and feed crops in the world including Southeast Asia. In spite of numberous efforts with conventional breeding, the maize productions remain low and the loss of yields by drought and downy mildew are still severe in Asia. Genetic improvement of maize has been performed with molecular marker and genetic engineering. Because maize is one of the most widely studied crop for its own genome and has tremendous diversity and variant, maize is considered as a forefront crop in development and estimation of molecular markers for agricultural useful trait in genetics and breeding. Using QTL (Quantitative Trait Loci) and MAS (Marker Assisted Breeding), molecular breeders are able to accelerate the development of drought tolerance or downy mildew resistance maize genotype. The present paper overviews QTL/MAS approaches towards improvement of maize production against drought and downy mildew. We also discuss here the trends and importance of molecular marker and mapping population in maize breeding.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.13-13
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2017
By the progress of genome sequencing, infrastructures for marker-assisted breeding (MAB) of rice came to be established. Fine mapping and gene isolation have been conducted using the breeding materials derived from natural variations and artificial mutants. Such genetic analysis by the genome-wide dense markers provided us the knowledge about the many genes controlling important traits. We identified several genes or quantitative trait loci (QTL) for heading date, blast resistance, eating quality, high-temperature stress tolerance, and so on. NILs of each gene controlling heading date contribute to elongate the rice harvest period. Determination of precise gene location of blast resistance gene pi21, allowed us to overcome linkage drag, co-introduction of undesirable eating quality. We could also breed the first practical rice cultivar in Japan with a brown planthopper resistance gene bph11 in the genetic back-ground of an elite cultivar. Discovery of major and minor QTLs for good eating quality allowed us to fine-tune of eating quality according to the rice planting area or usage of rice grain. Many rice cultivars have bred efficiently by MAB for several traits, or by marker-assisted backcross breeding through chromosome segment substitution lines (CSSLs) using genetically diverse accessions. We are also systematically supporting the crop breeding of other sectors by MAB or by providing resources such as CSSLs. It is possible to pyramid many genes for important traits by using MAB, but is still difficult to improve the yielding ability. We are performing a Genomic Selection (GS) for improvement of rice biomass and grain yield. We are also trying to apply the genome editing technology for high yield rice breeding.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제10권2호
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pp.79-86
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2005
Molecular markers have increasingly been used in plant genetic analysis, due to their obvious advantages over conventional phenotypic markers, as they are highly polymorphic, more in number, stable across different developmental stages, neutral to selection and least influenced by environmental factors. Among the PCR based marker techniques, ISSR is one of the simplest and widely used techniques, which involves amplification of DNA segment present at an amplifiable distance in between two identical microsatellite repeat regions oriented in opposite direction. Though ISSR markers are dominant like RAPD, they are more stable and reproducible. Because of these properties ISSR markers have recently been found using extensively for finger printing, pohylogenetic analysis, population structure analysis, varietal/line identification, genetic mapping, marker-assisted selection, etc. In mulberry (Morus spp.), ISSR markers were used for analyzing phylogenetic relationship among cultivated varieties, between tropical and temperate mulberry, for solving the vexed problem of identifying taxonomic positions of genotypes, for identifying markers associated with leaf yield attributing characters. As ISSR markers are one of the cheapest and easiest marker systems with high efficiency in generating polymorphism among closely related varieties, they would play a major role in mulberry genome analysis in the future.
Sodhi, Simrinder Singh;Jeong, Dong Kee;Sharma, Neelesh;Lee, Jun Heon;Kim, Jeong Hyun;Kim, Sung Hoon;Kim, Sung Woo;Oh, Sung Jong
한국가금학회지
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제40권3호
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pp.223-234
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2013
Poultry industry is abounding day by day as it engrosses less cost of investment per bird as compared to large animals. Poultry have the most copious genomic tool box amongst domestic animals for the detection of quantitative trait loci (QTL) and marker assisted selection (MAS). Use of multiple markers and least square techniques for mapping of QTL affecting quality and production traits in poultry is in vogue. Examples of genetic tests that are available to or used in industry programs are documented and classified into causative mutations (direct markers), linked markers in population-wide linkage disequilibrium (LD) with the QTL (LD markers), and linked markers in population wide equilibrium with the QTL (LE markers). Development of genome-wide SNP assays, role of 42 K, 60 K (Illumina) and 600 K (Affymetrix$^{(R)}$ Axim$^{(R)}$) SNP chip with next generation sequencing for identification of single nucleotide polymorphism (SNP) has been documented. Hybridization based, PCR based, DNA chip and sequencing based are the major segments of DNA markers which help in conducting of MAS in poultry. Economic index-marker assisted selection (EI-MAS) provides platform for simultaneous selection for production traits while giving due weightage to their marginal economic values by calculating predicted breeding value, using information on DNA markers which are normally associated with relevant QTL. Understanding of linkage equilibrium, linkage dis-equilibrium, relation between the markers and gene of interest are quite important for success of MAS. This kind of selection is the most useful tool in enhancing disease resistance by identifying candidate genes to improve the immune response. The application of marker assisted selection in selection procedures would help in improvement of economic traits in poultry.
Genome selection is a promising tool for plant and animal breeding, which uses genome-wide molecular marker data to capture large and small effect quantitative trait loci and predict the genetic value of selection candidates. Genomic selection has been shown previously to have higher prediction accuracies than conventional marker-assisted selection (MAS) for quantitative traits. In this study, the prediction accuracy of 10 agricultural traits in the wheat core group with 567 points was compared. We used a cross-validation approach to train and validate prediction accuracy to evaluate the effects of training population size and training model.As for the prediction accuracy according to the model, the prediction accuracy of 0.4 or more was evaluated except for the SVN model among the 6 models (GBLUP, LASSO, BayseA, RKHS, SVN, RF) used in most all traits. For traits such as days to heading and days to maturity, the prediction accuracy was very high, over 0.8. As for the prediction accuracy according to the training group, the prediction accuracy increased as the number of training groups increased in all traits. It was confirmed that the prediction accuracy was different in the training population according to the genetic composition regardless of the number. All training models were verified through 5-fold cross-validation. To verify the prediction ability of the training population of the wheat core collection, we compared the actual phenotype and genomic estimated breeding value using 35 breeding population. In fact, out of 10 individuals with the fastest days to heading, 5 individuals were selected through genomic selection, and 6 individuals were selected through genomic selection out of the 10 individuals with the slowest days to heading. Therefore, we confirmed the possibility of selecting individuals according to traits with only the genotype for a shorter period of time through genomic selection.
Simple sequence repeats (SSRs) are ubiquitous short tandem duplications found within eukaryotic genomes. Their length variability and abundance throughout the genome has led them to be widely used as molecular markers for crop-breeding programs, facilitating the use of marker-assisted selection as well as estimation of genetic population structure. Here, we report a software application, "SSR-Primer Generator " for SSR discovery, SSR-primer design, and homology-based search of in silico amplicons from a DNA sequence dataset. On submission of multiple FASTA-format DNA sequences, those analyses are batch processed in a Java runtime environment (JRE) platform, in a pipeline, and the resulting data are visualized in HTML tabular format. This application will be a useful tool for reducing the time and costs associated with the development and application of SSR markers.
Thermal stress due to extreme changes in the thermal environment is a critical issue in cattle production. Many previous findings have shown a decrease in feed intake, milk yield, growth rate, and reproductive efficiency of cattle when subjected to thermal stress. Therefore, selecting thermo-tolerant animals is the primary goal of the efficiency of breeding programs to reduce those adverse impacts. The recent advances in molecular genetics have provided significant breeding advantages that allow the identification of molecular markers in both beef and dairy cattle breeding, including marker-assisted selection (MAS) as a tool in selecting superior thermo-tolerant animals. Single-nucleotide polymorphisms (SNPs), which can be detected by DNA sequencing, are desirable DNA markers for MAS due to their abundance in the genome's coding and non-coding regions. Many SNPs in some genes (e.g., HSP70, HSP90, HSF1, EIF2AK4, HSBP1, HSPB8, HSPB7, MYO1A, and ATP1A1) in various breeds of cattle have been analyzed to play key roles in many cellular activities during thermal stress and protecting cells against stress, making them potential candidate genes for molecular markers of thermotolerance. This review highlights the associations of SNPs within these genes with thermotolerance traits (e.g., blood biochemistry and physiological responses) and suggests their potential use as MAS in thermotolerant cattle breeding.
Marker-assisted backcrossing (MABC)은 marker-assisted selection (MAS)와 함께 다양한 작물에서 여교배 초기세대에서 반복친 게놈의 회복률이 높은 개체선발을 위한 분자육종 기술로 매우 유용하게 사용하고 있다. 본 연구에서는 토마토 MABC 육종 프로그램의 일환으로 저장성이 강한 rin유전자를 주)토마토연구소에서 육성한 핑크계 엘리트 토마토계통에 도입하고자 수행하였다. foreground 선발은 RIN SCAR 분자 마커를 이용하여 100개 $BC_1F_1$ 식물체에서 Rr 유전자형 가진 42개체를 선발하였다. 그리고 이를 이용하여 GBS 분석을 이용하여 background 선발을 하였다. 총 3,086개 SNP를 대상으로 반복친 HK13-1151과 게놈 회복률을 조사한 결과, 56.7%에서 84.5%를 보여 평균 70.5%로 나타났다. 이 중 87.2%을 보인 $BC_1F_1$개체를 이용하여 192개 $BC_2F_1$ 식물체를 육성하여 foreground 선발을 하였다. 선발된 102개 중 88개 식물체를 이용하여 GBS 분석을 수행한 결과 4,868개의 다형 SNP 마커를 얻었으며, 이를 이용하여 RPG 회복률을 조사하였다. $BC_2F_1$ 식물체들에서 HK13-1151 반복친 게놈과 87.8%에서 97.8% 유사하였다. 본 연구에서 $BC_2F_1$ 식물 중 RPG 회복률이 97.8%인 5-1 개체는 반복친인 HK13-1151과 과일특성에서 매우 유사하였다. 따라서 선발된 5-1 개체는 $BC_2F_2$ 세대를 육성하여 계통화 하고자 한다. 본 연구를 통해 MABC는 전통 여교배 육종에 비해 육종연한을 획기적으로 줄일 수 있으며, 원하는 육종모델을 완수할 수 있는 첨단육종 기술로 평가 할 수 있다.
Age at first calving is an important trait for achieving earlier reproductive performance. To detect quantitative trait loci (QTL) for reproductive traits, a genome wide association study was conducted on the 96 Hanwoo cows that were born between 2008 and 2010 from 13 sires in a local farm (Juk-Am Hanwoo farm, Suncheon, Korea) and genotyped with the Illumina 50K bovine single nucleotide polymorphism (SNP) chips. Phenotypes were regressed on additive and dominance effects for each SNP using a simple linear regression model after the effects of birth-year-month and polygenes were considered. A forward regression procedure was applied to determine the best set of SNPs for age at first calving. A total of 15 QTL were detected at the comparison-wise 0.001 level. Two QTL with strong statistical evidence were found at 128.9 Mb and 111.1 Mb on bovine chromosomes (BTA) 2 and 7, respectively, each of which accounted for 22% of the phenotypic variance. Also, five significant SNPs were detected on BTAs 10, 16, 20, 26, and 29. Multiple QTL were found on BTAs 1, 2, 7, and 14. The significant QTLs may be applied via marker assisted selection to increase rate of genetic gain for the trait, after validation tests in other Hanwoo cow populations.
본 논문에서는 장미과 과수의 유전체 연구의 모델작물인 복숭아 유전체 연구에 대한 동향을 파악해서 국내 복숭아 유전체 연구 방향을 설정하고자 하였다. 분자육종을 위한 기반 연구인 유전자지도는 다양한 교배집단에서 작성되었고, 현재 차세대 염기서열분석을 통해 얻은 대량의 single nucleotide polymorphism 마커를 이용하여 고밀도화시키고 있다. 과실형질, 개화기, 병 저항성 등 질적형질과 양적형질에 관한 분자마커와 양적형질유전자좌가 동정되었고, 이중 과육의 용질성과 핵의 점리 형질에 대한 분자마커를 이용한 조기선발(marker assisted selection)의 활용성은 매우 높다. 애기장대, 포플라, 사과, 딸기 등 다른 작물과의 비교유전체, 복숭아의 성숙 및 발달, 플라보노이드 합성, 수확 후 저장기간에 발현하는 유전자 등에 대한 전사체, 과실 성숙기간에 발현되는 병 저항성 단백질 등에 대한 단백질체 연구도 보고되었다. 현재 차세대 염기서열 분석을 통해 대량 분자마커의 개발, 핵심 유전자원의 구축, 집단의 유전형 분석이 빠르게 진행되고 있다. 이를 통해 농업적으로 유용한 형질에 대해 더 정확한 양적형질 유전자좌 분석과 유용유전자의 개발이 가능하게 되고, 효율적인 분자육종의 기초기반을 구축할 수 있을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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