Bloomless cucumber fruits are commercially produced by grafting onto the pumpkin stocks (Cucurbita moschata) to restricted silicon ($SiO_2$) absorption. Inhibition of silicon absorption in bloomless stocks is conferred by a mutant allele of the CmLsi1 homologous to Lsi1 in rice. In this study, we characterized the Lsi1 homologs in pumpkin (C. moschata) and its cold-tolerant wild relative C. ficifolia ('Heukjong') in order to develop a DNA marker for selecting a bloomless trait and to establish the molecular basis for breeding bloomless stock cultivars of C. ficifolia. A Cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS) marker (CM1-CAPS) was designed based on a non-sysnonymous single nucleotide polymorphism (SNP, C>T) of the CmLsi1 mutant-type allele, and its applicability for Marker-assisted selection (MAS) was confirmed by evaluating three bloom and five bloomless pumpkin stock cultivars. Quantitative RT-PCR of the CmLsi1 for these stock cultivers implied that expression level of the CmLsi1 gene does not appear to be associated with the bloom/bloomless trait and may differ depending on plant species and tissues. A full length cDNA of the Lsi1 homolog [named CfLsi1($B^+$)] of 'Heukjong' (C. ficifolia), was cloned and sequence comparison between CmLsi1($B^+$) and CfLsi1($B^+$) revealed that there exists total 24 SNPs, of which three were non-synonymous. Phylogenetic analysis of CfLsi1($B^+$) and Lsi1 homologs further revealed that CfLsi1($B^+$) is closesly related to Nodulin 26-like intrinsic proteins (NIPs) and most similar to CpNIP1 of C. pepo than C. moschata.
Grapes (Vitis spp. L.) are the third most produced fruit in the world. Crown gall disease caused by Agrobacterium vitis forms galls in the stems of the grapevines and reduces the vitality of the fruit trees, resulting in reduced yields. This pathogen has occurred in vineyards worldwide and caused serious economic losses. It is a soil-borne disease, so Agrobacterium vitis can survive for several years in vineyards and is difficult to control. Additionally, since there is no effective chemical control method, the most effective control method is the breeding of resistant varieties. To make the resistant variety, marker-assisted selection (MAS) enables fast breeding with low cost. In this study, we applied a genome-wide association study (GWAS), by combining phenotyping and genotyping-by-sequencing (GBS), for the development of a single nucleotide polymorphism (SNP) marker set related to crown gall disease using 350 grapevine varieties. As a result of the GBS based genotyping analysis, about 58,635 SNPs were obtained. In addition, the phenotypic analysis showed 35.2% resistance, 73% moderate susceptibility and 16.4% highly susceptibility. Moreover, after confirmation, two genes (VvARF4 and VvATL6-like) were shown to be related to crown gall disease based on the results of GWAS analysis, using the phenotypic data, and GBS. High-resolution melting analysis (HRMA) was performed using the Luna® Universal Probe with real-time PCR to distinguish the melting peaks of the resistant and susceptible varieties. Our data show that these SNP markers are expected to be helpful in evaluating resistance against grapevine crown gall disease and in breeding.
Kamal Bhattarai;Patricia Izabelle Lopez;Sherry Lou Hechanova;Ji-Ung Jeung;Hyun-Sook Lee;Eok-Keun Ahn;Ung-Jo Hyun;Jong-Hee Lee;So-Myeong Lee;Jose E. Hernandez;Sung-Ryul Kim
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.269-269
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2022
Pre-harvest sprouting (PHS) on rice panicles is getting problematic in recent several years in Korea due to climate changes such as high temperature and more frequent typhoons during harvesting season. PHS negatively affects grain quality severely and also yield. Genetic improvement of Korean varieties (Oryza sativa ssp. japonica) through a marker assisted-backcross breeding (MAB) with the known PHS resistant genes must be one of ideal solutions. However, the final breeding products of MAB occasionally exhibit unwanted traits, especially the cross between genetically distant parents. This might be caused by linkage drag and/or presence of the gene-unlinked donor introgressions, resulting that the final products could not be released to the farmers. The major PHS resistance gene, Sdr4 (Seed dormancy 4) originated from an indica cultivar, Kasalath was selected as a donor gene. In order to avoid unexpected phenotypes in the breeding products, we performed a precision marker-based breeding (PMBB) consisting of foreground, recombinant, and background selections (FS, RS, and BS) which aim to develop 'single small introgression lines' (~100 kb introgression). Korean varieties (Ilpum and Gopum) were crossed with Kasalath. We developed Sdr4-allele specific markers for FS and a set of polymorphic flanking markers near the Sdr4 (-350kb and +420kb) for RS. To minimize linkage drag, the small introgression (< 125kb) containing Sdr4 was selected in Ilpum background (BC2F4) through 1st RS with ~1,200 F2 or BC1F2 plants (one side trimmed) and then 2nd RS with ~1,000 progenies from the 1st RS selected plants (another side trimmed). After RS, the selected lines were genotyped by using Infinium 7K SNP chip to detect other donor introgressions and the lines were backcrossed. Currently BS is on-going from the backcross-derived progenies with BS markers to remove residual introgressions. During the PMBB process, genetic effect of Sdr-4-Kasalath allele was confirmed in Ilpum and Gopum backgrounds by PHS phenotyping using the segregating BC2F3 or BC1F4 materials. The Sdr4 PMBB lines in Ilpum background (< 125kb introgression) will be valuable genetic resources to improve PHS resistance in modem popular temperate japonica varieties.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.233-233
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2022
As the world's population grows and food needs diversify, the demand for horticultural crops for beneficial traits is increasing. In order to meet this demand, it is necessary to develop suitable cultivars and breeding methods accordingly. Breeding methods have changed over time. With the recent development of sequencing technology, the concept of genomic selection (GS) has emerged as large-scale genome information can be used. GS shows good predictive ability even for quantitative traits by using various markers, breaking away from the limitations of Marker Assisted Selection (MAS). Moreover, GS using machine learning (ML) and deep learning (DL) has been studied recently. In this study, we aim to build a system that selects phenotype-related markers using the genomic information of the pepper population and trains a genomic selection model to select individuals from the validation population. We plan to establish an optimal genome wide association analysis model by comparing and analyzing five models. Validation of molecular markers by applying linkage markers discovered through genome wide association analysis to breeding populations. Finally, we plan to establish an optimal genome selection model by comparing and analyzing 12 genome selection models. Then We will use the genome selection model of the learning group in the breeding group to verify the prediction accuracy and discover a prediction model.
This study was conducted to identify DNA markers related to resistance to herbicide containing mesotrione in Tongil type rice. Two Tongil type elite lines; Milyang154 and Suweon382, showed resistance to mesotrione, whereas the others were susceptible at 20 days after mesotrione application, and severe growth inhibition was observed in the remaining 13 lines. As a result of analysis of mesotrione resistance using 190 $F_2$ populations derived from a cross of Hanareum2 (susceptible) and Milyang154 (resistant), the mesotrione resistance locus was shown to be a single dominant gene with a 3:1 segregation ratio ($X^2=1.19$, P=0.31). To identify a DNA marker closely linked to the mesotrione resistance gene, bulked segregant analysis (BSA) was adopted. The DNA marker RM3501 was identified on chromosome 2 with a recombinant value of 0.53 to the mesotrione resistance gene. Mst1(t) was located between SSR (simple sequence repeat) markers RM3501 and RM324 with a physical map distance of 10.2 Mb-11.4 Mb on chromosome 2. The band pattern of agarose gel electrophoresis of the SSR marker RM3501 showed the same segregation pattern with respect to mesotrione treatment in 20 Tongil type varieties and a $BC_2F_2$ segregation population derived from a cross between Unkwang (resistant) and Hanareum2 (susceptible). Thus, the RM3501 DNA marker could be used in breeding programs for Marker Assisted Selection in mesotrione resistant rice breeding.
Objective: Loin muscle area (LMA) is an important target trait of pig breeding. This study aimed to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) and genes associated with LMA in the Duroc×(Landrace×Yorkshire) crossbred pigs (DLY). Methods: A genome-wide association study was performed using the Illumina 50K chip to map the genetic marker and genes associated with LMA in 511 DLY pigs (255 boars and 256 sows). Results: After quality control, we detected 35,426 SNPs, including six SNPs significantly associated with LMA in pigs, with MARC0094338 and ASGA0072817 being the two key SNPs responsible for 1.77% and 2.48% of the phenotypic variance of LMA, respectively. Based on previous research, we determined two candidate genes (growth hormone receptor [GHR] and 3-oxoacid Co A-transferase 1 [OXCT1]) that are associated with fat deposition and muscle growth and found further additional genes (MYOCD, ARHGAP44, ELAC2, MAP2K4, FBXO4, FBLL1, RARS1, SLIT3, and RANK3) that are presumed to have an effect on LMA. Conclusion: This study contributes to the identification of the mutation that underlies quantitative trait loci associated with LMA and to future pig breeding programs based on marker-assisted selection. Further studies are needed to elucidate the role of the identified candidate genes in the physiological processes involved in LMA regulation.
Kim, Sunggil;Bang, Haejeen;Yoo, Kil-Sun;Pike, Leonard M.
Molecules and Cells
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v.23
no.2
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pp.192-197
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2007
Bulb color in onions (Allium cepa) is an important trait whose complex inheritance mechanism involves epistatic interactions among major color-related loci. Recent studies revealed that inactivation of dihydroflavonol 4-reductase (DFR) in the anthocyanin synthesis pathway was responsible for the color differences between yellow and red onions, and two recessive alleles of the anthocyanidin synthase (ANS) gene were responsible for a pink bulb color. Based on mutations in the recessive alleles of these two genes, PCR-based markers for allelic selection were developed. In this study, genotype analysis of onions from segregating populations was carried out using these PCR-based markers. Segregating populations were derived from the cross between yellow and red onions. Five yellow and thirteen pink bulbs from one segregating breeding line were genotyped for the two genes. Four pink bulbs were heterozygous for the DFR gene, which explains the continuous segregation of yellow and pink colors in this line. Most pink onions were homozygous recessive for the ANS gene, except for two heterozygotes. This finding indicated that the homozygous recessive ANS gene was primarily responsible for the pink color in this line. The two pink onions, heterozygous for the ANS gene, were also heterozygous for the DFR gene, which indicated that the pink color was produced by incomplete dominance of a red color gene over that of yellow. One pink line and six other segregating breeding lines were also analyzed. The genotyping results matched perfectly with phenotypic color segregation.
A total of 10 polymorphic microsatellite markers on bovine chromosome 5 were used for allelic association tests with phenotypic characteristics in Hanwoo. The data analyzed in this study were collected from 326 steers. Chi-square tests were performed to compare the frequencies of individual alleles between the high and the low breeding value groups. The following breeding values were analyzed for QTL effects. The frequency of allele 239 of DIK2828 showed a significant difference between the high and the low breeding value groups in the breeding value of marbling score (MSBV). The allele 279 of BMC1009 was found to show significant differences in allelic distribution for the breeding value of cold carcass weight (CWBV) and the breeding value of backfat thickness (BFBV) and allele 285 showed significant differences in allelic distribution for CWBV, BFBV, and MSBV. The allele 200 of DIK4329 showed significant differences in allelic distributions for the breeding values of longissimus muscle area (LMABV) and BFBV. In this study, we identified the QTL for carcass traits at around 20 (DIK2828), 41 (BMC1009) and 95 (DIK4329) cM in chromosome 5. The results provided a useful reference for further positional candidate gene research and marker-assisted selection for fat metabolism and carcass traits.
Kim, Ji-Eun;Oh, Sang-Keun;Lee, Jeong-Hee;Lee, Bo-Mi;Jo, Sung-Hwan
Molecules and Cells
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v.37
no.1
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pp.36-42
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2014
The tomato (Solanum lycopersicum L.) is a model plant for genome research in Solanaceae, as well as for studying crop breeding. Genome-wide single nucleotide polymorphisms (SNPs) are a valuable resource in genetic research and breeding. However, to do discovery of genome-wide SNPs, most methods require expensive high-depth sequencing. Here, we describe a method for SNP calling using a modified version of SAMtools that improved its sensitivity. We analyzed 90 Gb of raw sequence data from next-generation sequencing of two resequencing and seven transcriptome data sets from several tomato accessions. Our study identified 4,812,432 non-redundant SNPs. Moreover, the workflow of SNP calling was improved by aligning the reference genome with its own raw data. Using this approach, 131,785 SNPs were discovered from transcriptome data of seven accessions. In addition, 4,680,647 SNPs were identified from the genome of S. pimpinellifolium, which are 60 times more than 71,637 of the PI212816 transcriptome. SNP distribution was compared between the whole genome and transcriptome of S. pimpinellifolium. Moreover, we surveyed the location of SNPs within genic and intergenic regions. Our results indicated that the sufficient genome-wide SNP markers and very sensitive SNP calling method allow for application of marker assisted breeding and genome-wide association studies.
Pigeonpea Sterility Mosaic Disease (PSMD) is an important foliar disease caused by Pigeonpea sterility mosaic virus (PPSMV) which is transmitted by eriophyid mites (Aceria cajani Channabasavanna). In present study, a F2 mapping population comprising 325 individuals was developed by crossing PSMD susceptible genotype (Gullyal white) and PSMD resistant genotype (BSMR 736). We identified a set of 32 out of 300 short decamer random DNA markers that showed polymorphism between Gullyal white and BSMR 736 parents. Among them, eleven DNA markers showed polymorphism including coupling and repulsion phase type of polymorphism across the parents. Bulked Segregant Analysis (BSA), revealed that the DNA marker, IABTPPN7, produced a single coupling phase marker (IABTPPN $7_{414}$) and a repulsion phase marker (IABTPPN $7_{983}$) co-segregating with PSMD reaction. Screening of 325 F2 population using IABTPPN7 revealed that the repulsion phase marker, IABTPPN $7_{983}$, was co-segregating with the PSMD responsive SV1 at a distance of 23.9 cM for Bidar PPSMV isolate. On the other hand, the coupling phase marker IABTPPN $7_{414}$ did not show any linkage with PSMD resistance. Additionally, single marker analysis both IABTPPN $7_{983}$ (P<0.0001) and IABTPPN $7_{414}$ (P<0.0001) recorded a significant association with the PSMD resistance and explained a phenotypic variance of 31 and 36% respectively in $F_2$ population. The repulsion phase marker, IABTPPN7983, could be of use in Marker-Assisted Selection (MAS) in the PPSMV resistance breeding programmes of pigeonpea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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