Genetic analysis of heat tolerance at anthesis in rice

Genetic analysis of heat tolerance will help breeders produce rice (Oryza sativa L.) varieties adapted to future climates. An F6 population of 181 recombinant inbred lines of Bala (tolerant) × Azucena (susceptible) was screened for heat tolerance at anthesis by measuring spikelet fertility at 30°C (control) and 38°C (high temperature) in experiments conducted in the Philippines and the United Kingdom. The parents varied significantly for absolute spikelet fertility under control (79–87%) and at high temperature (2.9–47.1%), and for relative spikelet fertility (high temperature/control) at high temperature (3.7–54.9%). There was no correlation between spikelet fertility in control and high-temperature conditions and no common quantitative trait loci (QTLs) were identified. Two QTLs for spikelet fertility under control conditions were identified on chromosomes 2 and 4. Eight QTLs for spikelet fertility under high-temperature conditions were identified on chromosomes 1, 2, 3, 8, 10, and 11. The most significant heat-responsive QTL, contributed by Bala and explaining up to 18% of the phenotypic variation, was identified on chromosome 1 (38.35 mega base pairs on the rice physical genome map). This QTL was also found to influence plant height, explaining 36.6% of the phenotypic variation. A comparison with other studies of abiotic (drought, cold, salinity) stresses showed QTLs at similar positions on chromosomes 1, 3, 8, and 10, suggesting common underlying stress-responsive regions of the genome.

Use of synteny to identify candidate genes underlying QTL controlling stomatal traits in faba bean (Vicia faba L.)

Key message We have identified QTLs for stomatal characteristics on chromosome II of faba bean by applying SNPs derived from M. truncatula , and have identified candidate genes within these QTLs using synteny between the two species. Abstract Faba bean (Vicia faba L.) is a valuable food and feed crop worldwide, but drought often limits its production, and its genome is large and poorly mapped. No information is available on the effects of genomic regions and genes on drought adaptation characters such as stomatal characteristics in this species, but the synteny between the sequenced model legume, Medicago truncatula, and faba bean can be used to identify candidate genes. A mapping population of 211 F5 recombinant inbred lines (Mélodie/2 × ILB 938/2) were phenotyped to identify quantitative trait loci (QTL) affecting stomatal morphology and function, along with seed weight, under well-watered conditions in a climate-controlled glasshouse in 2013 and 2014. Canopy temperature (CT) was evaluated in 2013 under water-deficit (CTd). In total, 188 polymorphic single nucleotide polymorphisms (SNPs), developed from M. truncatula genome data, were assigned to nine linkage groups that covered ~928 cM of the faba bean genome with an average inter-marker distance of 5.8 cM. 15 putative QTLs were detected, of which eight (affecting stomatal density, length and conductance and CT) co-located on chromosome II, in the vicinity of a possible candidate gene—a receptor-like protein kinase found in the syntenic interval of M. truncatula chromosome IV. A ribose-phosphate pyrophosphokinase from M. truncatula chromosome V, postulated as a possible candidate gene for the QTL for CTd, was found some distance away in the same chromosome. These results demonstrate that genomic information from M. truncatula can successfully be translated to the faba bean genome.

Genome-wide association mapping in a wild avian population identifies a link between genetic and phenotypic variation in a life-history trait

Understanding the genetic basis of traits involved in adaptation is a major challenge in evolutionary biology but remains poorly understood. Here, we use genome-wide association mapping using a custom 50 k single nucleotide polymorphism (SNP) array in a natural population of collared flycatchers to examine the genetic basis of clutch size, an important life-history trait in many animal species. We found evidence for an association on chromosome 18 where one SNP significant at the genome-wide level explained 3.9% of the phenotypic variance. We also detected two suggestive quantitative trait loci (QTLs) on chromosomes 9 and 26. Fitness differences among genotypes were generally weak and not significant, although there was some indication of a sex-by-genotype interaction for lifetime reproductive success at the suggestive QTL on chromosome 26. This implies that sexual antagonism may play a role in maintaining genetic variation at this QTL. Our findings provide candidate regions for a classic avian life-history trait that will be useful for future studies examining the molecular and cellular function of, as well as evolutionary mechanisms operating at, these loci.

Etiologia e genética da resistência à mancha branca do milho

A Mancha Foliar de Phaeosphaeria é considerada uma das mais importantes moléstias do milho no Brasil. Atualmente, existem dúvidas quanto ao agente causal e o melhoramento genético tem dificuldade de desenvolver cultivares resistentes estáveis. Neste estudo os objetivos foram identificar os fungos causadores da moléstia, estudar a herança da resistência, sob infestação natural e artificial, e identificar marcadores moleculares ligados à resistência à moléstia. Quatro fungos foram associados às lesões de Phaeosphaeria. Phyllosticta sp., Phoma sorghina e Sporormiella sp. foram patogênicos e Phoma sp. não foi testado. Os fungos P. sorghina e Phoma sp. foram, respectivamente, o predominante e o menos freqüente na lesão para todos os quatro ambientes coletados. Phyllosticta sp. e Sporormiella sp. foram os de mais baixa freqüência e restritos a locais. Estudos sob infestação natural, com três cruzamentos, em um único ambiente e com três tipos de avaliação de severidade evidenciaram a presença de variabilidade genética para a resistência e proporcionaram estimativas de herdabilidade intermediárias (0,48-0,69). No estudo de médias de gerações o modelo aditivo-dominante explicou as bases genéticas da resistência, sendo a ação gênica de dominância a mais importante. A inoculação artificial de um cruzamento com Phyllosticta sp. e P. sorghina, confirmaram a presença de dominância. Nos estudos moleculares, a fenotipagem foi realizada sob infestação natural e para um único ambiente e a genotipagem com marcadores microssatélites. A percentagem de polimorfismo obtida foi de 36%, sendo que seis QTLs foram identificados. Estes resultados indicam que vários fungos estão envolvidos na produção dos sintomas da moléstia conhecida por Mancha Foliar de Phaeosphaeria e a composição de fungos na lesão pode variar conforme o ambiente. A estimativa de herdabilidade indica a possibilidade de êxito com a seleção em gerações segregantes, principalmente porque os efeitos gênicos preponderantes para a resistência envolvem aditividade e dominância. A análise de QTL permitiu explicar grande parte da variância fenotípica (80%) e genotípica (58%); entretanto, outros ambientes devem ser testados para a sua efetiva confirmação.

Variabilidade, herdabilidade e regiões genômicas associadas à expressão da resistência parcial à ferrugem da folha em aveia (Avena sativa L.) avaliada em parcelas

As condições ambientais do subtrópico brasileiro favorecem o desenvolvimento da ferrugem da folha da aveia de maneira que a severidade torna-se alta e extremamente danosa. O desenvolvimento de variedades com resistência parcial (RP), tem sido sugerido como uma estratégia para tornar a efetividade da resistência à ferrugem da folha mais durável. Este trabalho teve por objetivos determinar a variabilidade, quantificar a herdabilidade e identificar as regiões genômicas (QTLs) associadas à expressão da RP, em linhagens do cruzamento UFRGS 7 x UFRGS910906, avaliadas na média de parcelas. Oitenta e três linhagens F6:7 e F6:8 e os genitores UFRGS 7 (suscetibilidade) e UFRGS 910906 (parcialmente resistente) foram avaliados, em 2002 e 2003, quanto à severidade da ferrugem da folha da aveia no decorrer do ciclo da cultura, em parcelas experimentais. A partir desses dados, foi calculada a área sob a curva do progresso da doença (ASCPD), a severidade máxima (SM) e o tempo em dias para atingir 12,5% da SM (T12,5). O rendimento de grãos (REND) e o peso de hectolitro (PH) das linhagens com RP foram comparados nos tratamentos com e sem fungicida. Uma análise por intervalo simples foi utilizada para identificar em mapa molecular F6, anteriormente desenvolvido, QTLs associados à ASCPD, SM e T12,5. A população de UFRGS 7 X UFRGS 910906 apresentou variabilidade para os parâmetros da RP, com as linhas 211, 238, 241, 243 e 245 apresentando os menores valores de ASCPD, SM e T12,5, nos dois anos. As estimativas de herdabilidade de ASCPD (0,87), SM (0,86), T12,5 (0,76), REND (0,99) e PH (0,64) foram altas. Seis QTLs foram identificados para as características ASCPD, SM e T12,5, avaliadas com base em parcelas experimentais, nos dois anos de estudo. Os resultados permitem concluir que a avaliação em parcelas da RP à ferrugem da folha de UFRGS 910906 é efetiva na distinção de genótipos resistentes. O nível de RP conferido por UFRGS 910906 não fornece proteção suficiente para manter o rendimento e qualidade de grãos, na presença de alta severidade da moléstia. A RP de UFRGS 910906 apresenta um QTL identificado pelo marcador AFLP PaaMtt340 com consistência de expressão em diferentes ambientes, capaz de ser detectado na avaliação de parcelas experimentais e com potencial para ser explorado através do uso de seleção assistida por marcadores moleculares em programas de melhoramento de aveia.

Herança da tolerância à toxidade ao alumínio (Al³+) em milho e identificação de regiões cromossomicas associadas ao caráter

A toxicidade por alumínio é uma das principais limitações para produção de plantas em áreas cultiváveis, incluindo a cultura do milho. Existe elevada variabilidade genética para o caráter tolerância ao alumínio nesta espécie, porém, a seleção é trabalhosa devido à dificuldade de avaliação a campo. Os objetivos do presente trabalho foram caracterizar a tolerância à toxicidade ao alumínio em cinco linhagens de milho e identificar marcadores moleculares ligados aos genes que determinam essa tolerância. Foi realizado um experimento dialélico entre três linhagens tolerantes e duas sensíveis ao alumínio utilizando o método de recrescimento da raiz principal (DIF). Houve superioridade das populações híbridas em relação aos genitores e, pelo desdobramento dos efeitos de heterose, houve significância nos efeitos de heterose de variedade e heterose específica. As linhagens L06 e L09 obtiveram maior capacidade geral de combinação e o cruzamento L10xL08 foi a melhor combinação específica. Para fenotipagem, realizada em famílias F3 dos cruzamentos L09xL06 e L10xL08 foi utilizado DIF e o método coloração com hematoxilina (HEM). Para análise molecular foram utilizados marcadores SSR. Foram obtidos 37 marcadores polimórficos. A análise de regressão mostrou significância em marcadores localizados nos cromossomos 4, 5, 6, 8 e 10. Os QTLs identificados explicaram 41% e 37% da variação para as variáveis DIF e HEM, respectivamente. Foi encontrada associação entre os experimentos a campo e trabalhos realizados em solução mínima para os híbridos testemunha, entretanto não houve correlação nos dados gerados pelas famílias F3 dos cruzamentos estudados. Os resultados sugerem o envolvimento de diversos genes, tratando-se de uma característica de herança complexa determinada por efeitos genéticos aditivos e nãoaditivos.

Prospecting candidate SNPs for backfat in Canchim beef cattle

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Genetic linkage maps of chicken chromosomes 6, 7, 8, 11 and 13 from a Brazilian resource population

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mapping quantitative trait loci in Gallus gallus using principal components

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Genotypic characterization of microsatellite markers in broiler and layer selected chicken lines and their reciprocal F1s

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

QTL affecting body weight in a candidate region of cattle chromosome 5

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modelos alternativos para detecção de locos de características quantitativas (QTL) de carcaça e crescimento nos cromossomos 4, 5 e 7 de suínos

O conhecimento do genoma pode auxiliar na identificação de regiões cromossômicas e, eventualmente, de genes que controlam características quantitativas (QTLs) de importância econômica. em um experimento com 1.129 suínos resultantes do cruzamento entre machos da raça Meishan e fêmeas Large White e Landrace, foram analisadas as características gordura intramuscular (GIM), em %, e ganho dos 25 aos 90 kg de peso vivo (GP), em g/dia, em 298 animais F1 e 831 F2, e espessura de toucinho (ET), em mm, em 324 F1 e 805 F2. Os animais das gerações F1 e F2 foram tipificados com 29 marcadores microsatélites. Estudou-se a ligação entre os cromossomos 4, 6 e 7 com GIM, ET e GP. Análises de QTL utilizando-se metodologia Bayesiana foram aplicadas mediante três modelos genéticos: modelo poligênico infinitesimal (MPI); modelo poligênico finito (MPF), considerando-se três locos; e MPF combinado com MPI. O número de QTLs, suas respectivas posições nos três cromossomos e o efeito fenotípico foram estimados simultaneamente. Os sumários dos parâmetros estimados foram baseados nas distribuições marginais a posteriori, obtidas por meio do uso da Cadeia de Markov, algoritmos de Monte Carlo (MCMC). Foi possível evidenciar dois QTLs relacionados a GIM nos cromossomos 4 e 6 e dois a ET nos cromossomos 4 e 7. Somente quando se ajustou o MPI, foram observados QTLs no cromossomo 4 para ET e GIM. Não foi possível detectar QTLs para a característica GP com a aplicação dessa metodologia, o que pode ter resultado do uso de marcadores não informativos ou da ausência de QTLs segregando nos cromossomos 4, 6 e 7 desta população. Foi evidenciada a vantagem de se analisar dados experimentais ajustando diferentes modelos genéticos; essas análises ilustram a utilidade e ampla aplicabilidade do método Bayesiano.

Identification of microsatellites markers associated with yield components and quality parameters in sugarcane

Marker assisted selection depends on the identification of tightly linked association between marker and the trait of interest. In the present work, functional (EST-SSRs) and genomic (gSSRs) microsatellite markers were used to detect putative QTLs for sugarcane yield components (stalk number, diameter and height) and as well as for quality parameters (Brix, Pol and fibre) in plant cane. The mapping population (200 individuals) was derived from a bi-parental cross (IACSP95-3018 x IACSP93-3046) from the IAC Sugarcane Breeding Program. As the map is under construction, single marker trait association analysis based on the likelihood ratio test was undertaken to detect the QTLs. Of the 215 single dose markers evaluated (1:1 and 3:1), 90 (42%) were associated with putative QTLs involving 43 microsatellite primers (18 gSSRs and 25 EST-SSRs). For the yield components, 41 marker/trait associations were found: 20 for height, 6 for diameter and 15 for stalk number. An EST-SSRs marker with homology to non-phototropic hypocotyls 4 (NPH4) protein was associated with a putative QTL with positive effect for diameter as also with a negative effect for stalk number. In relation to the quality parameters, 18 marker trait associations were found for Brix, 19 for Pol, and 12 for fibre. For fibre, 58% of the QTLs detected showed a negative effect on this trait. Some makers associated with QTLs with a negative effect for fibre showed a positive effect for Pol, reflecting the negative correlation generally observed between these traits.

Genome-wide association study for birth weight in Nellore cattle points to previously described orthologous genes affecting human and bovine height

Background: Birth weight (BW) is an economically important trait in beef cattle, and is associated with growth- and stature-related traits and calving difficulty. One region of the cattle genome, located on Bos primigenius taurus chromosome 14 (BTA14), has been previously shown to be associated with stature by multiple independent studies, and contains orthologous genes affecting human height. A genome-wide association study (GWAS) for BW in Brazilian Nellore cattle (Bos primigenius indicus) was performed using estimated breeding values (EBVs) of 654 progeny-tested bulls genotyped for over 777,000 single nucleotide polymorphisms (SNPs).Results: The most significant SNP (rs133012258, PGC = 1.34 × 10-9), located at BTA14:25376827, explained 4.62% of the variance in BW EBVs. The surrounding 1 Mb region presented high identity with human, pig and mouse autosomes 8, 4 and 4, respectively, and contains the orthologous height genes PLAG1, CHCHD7, MOS, RPS20, LYN, RDHE2 (SDR16C5) and PENK. The region also overlapped 28 quantitative trait loci (QTLs) previously reported in literature by linkage mapping studies in cattle, including QTLs for birth weight, mature height, carcass weight, stature, pre-weaning average daily gain, calving ease, and gestation length.Conclusions: This study presents the first GWAS applying a high-density SNP panel to identify putative chromosome regions affecting birth weight in Nellore cattle. These results suggest that the QTLs on BTA14 associated with body size in taurine cattle (Bos primigenius taurus) also affect birth weight and size in zebu cattle (Bos primigenius indicus). © 2013 Utsunomiya et al.; licensee BioMed Central Ltd.

Identificação de regiões relacionadas ao déficit hídrico em Eucalyptus por meio de marcadores moleculares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)