Genética molecular de caracteres cuantitativos en cruzamientos dialélicos de tomate

El objetivo de este trabajo fue evaluar marcadores moleculares y caracteres cuantitativos en un cruzamiento dialélico completo sin recíprocos, entre cinco líneas recombinantes de tomate y sus híbridos. Se obtuvieron perfiles de AFLP ("amplified fragment length polymorphism") y de polipéptidos del pericarpio en cuatro estados de madurez del fruto de 15 genotipos. Se evaluaron, entre otros: peso, acidez titulable, pH, vida poscosecha y firmeza. Se calculó el porcentaje de polimorfismo para los marcadores moleculares y el porcentaje de variabilidad genética para los caracteres cuantitativos en el grupo de líneas recombinantes, el de híbridos y el conjunto de genotipos. Se realizaron análisis de agrupamiento con cada nivel de variación genética. Para AFLP, el porcentaje de polimorfismo varió entre 34 y 54% y, para los perfiles polipeptídicos, entre 40 y 78%. Mayor polimorfismo fue observado en el grupo de híbridos. La variabilidad genética fue de 100% para acidez y 34% para firmeza, con los mayores valores en los parentales. La similitud genética varió entre los genotipos según el nivel de variación genética; pero la consistencia en el agrupamiento de algunas líneas recombinantes y sus híbridos fue conservada, lo que evidenció asociaciones entre los datos moleculares y fenotípicos.

Caracterização molecular através da técnica fAFLP de isolados de Diaporthe citri

A citricultura é um mercado em expansão, principalmente no Estado de São Paulo, cuja importância na balança comercial já é reconhecida. Como em qualquer espécie cultivada, o crescimento das áreas de cultivo favorecem também o crescimento de problemas fitossanitários. Desta forma, as espécies de citros são afetadas por diversas doenças destacando-se entre elas a melanose, causada por Diaporthe citri (Wolf.), à qual a grande maioria das variedades comerciais são suscetíveis. O conhecimento da diversidade intra-específica é de grande importância, já que esta poderá auxiliar na seleção de variedades com resistência. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade genética em isolados de Diaporthe citri, originários de diferentes locais, variedades e partes da planta, utilizando marcadores moleculares. Marcadores do tipo AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) foram utilizados para caracterização de dez isolados do patógeno. Os DNAs genômicos extraídos da massa micelial foram utilizados nas reações de amplificação. A técnica fluorescent AFLP permitiu a distinção dos isolados estudados, tendo sido classificados em quatro grupos distintos. Contudo, estes grupos não foram formados em razão da região geográfica, parte da planta ou variedade.

Impact des polluants agricoles sur la génétique des populations d’une espèce sentinelle : le ouaouaron (Rana catesbeiana)

L’expansion agricole ne cesse d’agir sur la perte d’habitats essentiels et nécessaires au développement des espèces. Bien que plusieurs espèces réussissent à survivre dans ces habitats peu adéquats, la persistance et la santé de plusieurs populations semblent compromises par l’utilisation souvent intensive de polluants chimiques agricoles et de fertilisants. Cette étude a pour but de déterminer l’impact des contaminants et de l’écologie du paysage sur la diversité génétique des populations de ouaouarons retrouvées en milieu agricole. Notre hypothèse de départ stipule qu’une exposition chronique aux polluants agricoles induira des différences génétiques au niveau des populations exposées. Le bassin versant de la rivière Yamaska a été désigné comme site d’étude puisqu’il fait partie de la région agricole la plus importante du Québec et parce qu’on y retrouve un gradient d’utilisation des terres pour l’agriculture (faible, moyen, élevé). Le ouaouaron a été choisi à titre de modèle biologique puisque ses caractéristiques physiologiques et écologiques en font une espèce sentinelle capable de rendre compte de l’état de santé global des écosystèmes. La caractérisation génétique des populations a été effectuée à partir de marqueurs d’AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism). Les résultats montrent que la diversité génétique est liée à la colonisation à partir de l’embouchure de la rivière Yamaska et que quelques populations sont génétiquement différenciées. De plus, nous avons démontré une relation positive entre le nombre de locus polymorphes et l’atrazine, l’indice de contamination et le métolachlore et la concentration en azote ainsi qu’entre l’hétérozygotie attendue et la concentration en phosphate.

Molekulare Untersuchungen zur Phylogenie der Gattung Fosterella (Bromeliaceae)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten mit Hilfe molekularer Techniken die Verwandtschaftsbeziehungen innerhalb der Gattung Fosterella (Bromeliaceae) geklaert und eine umfassende Phylogenie erstellt werden. Im Vordergrund standen dabei die folgenden Fragen: Sind die aufgrund von morphologischen Merkmalen bzw. ihrer geographischen Verbreitung bisher beschriebenen 30 Fosterella-Arten auch molekular voneinander abgrenzbar und wie sind die einzelnen Arten miteinander verwandt? Lassen sich innerhalb der Gattung evolutionaere Linien identifizieren? Sind Akzessionen, die bisher noch keiner Art zugeordnet werden konnten, genetisch distinkt? Laesst sich eine Schwestergattung von Fosterella herausstellen? Zwei verschiedene molekulare Techniken, die AFLP-Methode (amplified fragment length polymorphism, Vos et al. 1995) und die vergleichende Sequenzierung verschiedener Mitochondrien- und Chloroplasten-DNA-Regionen wurden zur phylogenetischen Untersuchung der Gattung Fosterella etabliert und optimiert. Diese beiden Methoden wurden anschliessŸend vergleichend fuer die molekularsystematischen Studien eingesetzt. Folgende Ergebnisse konnten erzielt werden: Fuer die erstmals innerhalb der Gattung Fosterella eingesetzte AFLP-Methode wurden acht Primerkombinationen fuer die Hauptanalysen ausgewaehlt. Die AFLP-Bandenmuster erwiesen sich als komplex, distinkt und reproduzierbar und sowohl intra- als auch interspezifisch informativ. Insgesamt wurden mit 77 Proben aus mindestens 18 der bisher beschriebenen 30 Arten 310 informative AFLP-Merkmale erzeugt und mittels verschiedener Analyseverfahren ausgewertet. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte in Form von Phaenogrammen, Kladogrammen und in einem €ždreidimensionalen Koordinatensystem€œ (Hauptkoordinatenanalyse). Zur statistischen Absicherung wurden Bootstrap-Analysen durchgefuehrt. Die Topologien der einzelnen Baeume untereinander stimmten weitgehend ueberein, wobei sich insgesamt 12 Artengruppen definieren liessŸen, die statistisch unterschiedlich gut abgesichert waren. In einigen Gruppen liessŸen sich enge Verwandtschaftsbeziehungen feststellen, die bis auf wenige Ausnahmen, nicht befriedigend aufgeloest sind. Einige der in diese Untersuchung einbezogenen, bisher noch keiner Art zugeordneten Taxa liessŸen sich z. T. in die entstandenen Artengruppen einordnen oder aufgrund ihrer distinkten Position in den Stammbaeumen vermuten, dass es sich um neue Arten handelt. Fuer die vergleichende DNA-Sequenzierung wurde zunaechst die Eignung verschiedener Chloroplasten- und Mitochondrien-DNA-Regionen getestet. Die Bereiche atpB-rbcL, psbB-psbH und rps16-Intron wurden fuer die vergleichende Sequenzierung der Chloroplasten-DNA als geeignet befunden, waehrend alle untersuchten Mitochondrien-Loci eine so geringe Sequenzvariabilitaet aufwiesen, dass sie nicht weiter in Betracht gezogen wurden. Die drei Chloroplastenloci wurden mit 61 Akzessionen aus 24 der bisher 30 beschriebenen Fosterella-Arten sowie 44 Akzessionen aus sechs der acht Unterfamilien (nach Givnish et al. im Druck) sowohl einzeln, als auch kombiniert ausgewertet. Die Merkmalsmatrix wurde sowohl mit einem Distanzverfahren, als auch mit Maximum Parsimonie-, Maximum Likelihood- und Bayes´schen-Methoden analysiert. Die mit den verschiedenen Methoden erhaltenen Baumtopologien waren weitgehend kongruent. Es konnte gezeigt werden, dass die Gattung Fosterella monophyletisch ist. Zudem besteht eine sehr gut gestuetzte Schwestergruppenbeziehung der Gattung zu einer Gruppe aus den Gattungen Dyckia, Encholirium und Deuterocohnia. Die in Givnish et al. (im Druck) gezeigte Einordnung von Fosterella in die Pitcairnioideae s. str. wurde ebenfalls bestaetigt. Basal laesst sich die Gattung Fosterella in zwei Linien einteilen, von denen eine auf die F. penduliflora-Gruppe entfaellt und die andere alle anderen sechs Gruppen vereint. Insgesamt laesst sich festhalten, dass der GrossŸteil der bisher beschriebenen 30 Fosterella-Arten auch molekular voneinander abgrenzbar ist, sie also genetisch distinkte Taxa (Monophyla) darstellen. Die meisten Spezies lassen sich Artengruppen zuordnen, innerhalb derer die Verwandtschaft allerdings z. T. ungeklaert bleibt. Diese Speziesgruppen bilden monophyletische Linien mit unterschiedlicher statistischer Unterstuetzung. Einige bisher nur morphologisch definierte Taxa zeigen eine enorme genetische Variabilitaet Die Beziehungen zwischen den einzelnen Gruppen der Gattung Fosterella sind zum Teil nur wenig aufgelaest. Die Ergebnisse der beiden in der vorliegenden Arbeit eingesetzten Techniken sind weitgehend kongruent und fuer die Verwandtschaftsanalyse der Gattung Fosterella als geeignet einzustufen. Die Aufloesung der AFLP-Baeume deutet allerdings auf eine noch bessere Nuetzlichkeit fuer die Untersuchung innerhalb der einzelnen Artengruppen hin, waehrend die vergleichende Sequenzierung durch Ergaenzung weiterer Regionen relativ klare Strukturen innerhalb der Gattung Fosterella erkennen laesst (vgl. Rex et al. 2006).

Populationsgenetische Fragmentanalyse von europäischen Heterobasidion annosum s. s.-Stämmen

Die fünf Arten des Heterobasidion annosum s. l.-Komplexes sind in Nordamerika und Eurasien dafür bekannt große Schäden in Nadelforsten zu verursachen. In Deutschland sind mit H. annsosum s. s., H. parviporum und H. abietinum alle drei eurasischen Weißfäuleerreger sympatrisch vertreten. Besonders in der Norddeutschen Tiefebene fallen H. annsoums s. s.-Stämme durch ansteigende Befallsherde und hohe Pathogenität auf. Seit Jahren untersucht die Nordwestdeutsche forstliche Versuchsanstalt (NW-FVA) Göttingen die Zusammenhänge der sogenannte „Ackersterbe“ in einzelnen Regionen. In diesem Zusammenhang sollte die vorliegende Arbeit den molekular-genetischen Aspekt behandeln und die inner- und zwischenartlichen Strukturen sowie das Beziehungsgefüge von H. annosum s. s. und H. parviporum-Individuen aus 18 europäischen Ländern darstellen. Für die molekularen Untersuchungen wurde die AFLP-Analyse (amplified fragment length polymorphism) ausgewählt. Die Vorteile der AFLP liegen in der großen Anzahl polymorpher und selektionsneutraler Marker, der guten Reproduzierbarkeit und der damit verbundenen Robustheit dieser Methode. Basierend auf acht AFLP-Primerpaarkombinationen mit 209 Individuen wurde eine binäre Matrix erstellt. Diese bildete die Grundlage für die molekulargenetischen Analysen und folgende Fragestellungen: Können die Heterobasidion-Individuen in Netzwerk- und Dendrogramm-Analysen den herkunftsspezifischen Populationen zugeordnet werden und lässt sich ein geografisches Muster erkennen? Wie groß ist das Ausmaß der genetischen Diversität innerhalb und zwischen den untersuchten europäischen Heterobasidion annosum s. l.-Populationen? Ist das gesteigerte Schadbild in der norddeutschen Tiefebene auf eine mögliche invasive Heterobasidion-Art zurückzuführen? Wie sieht die Populationsstruktur von Heterobasidion annosum s. l. in Europa bzw. Deutschland aus und gibt es Hinweise auf Subpopulationen oder Hybridisierungsereignisse? Die von der AFLP-Analyse erzeugten 888 informativen Marker wurden in Neighbor-Joining- und UPGMA-Phänogrammen, Median-joining Netzwerk und einem Principal coordinates analysis (PCoA)-Koordinatensystem dargestellt. Übereinstimmend zeigten sich die Arten H. annosum und H. parviporum eindeutig distinkt. Die Boostrapunterstützung der meisten H. annosum s. s.-Individuen erwies sich jedoch innerartlich als überwiegend schwach. Häufig kam es zu Gruppierungen der Individuen gemäß ihrer regionalen Herkunft. Seltener bildeten die Populationen gemeinsame Cluster entsprechend ihrer Länderzugehörigkeit. Eine zonale Gruppierungsstruktur der Individuen nach Süd-, Mittel-, und Nordeuropa konnte in keiner Analyse beobachtet werden. Mit der Analysis of Molecular Variance (AMOVA) wurde mit der AFLP-Methode eine genetische Varianz zwischen den beiden untersuchten Arten von 72 % nachgewiesen. Intraspezifisch ließ H. annosum s. s eine sehr hohe genetische Varianz innerhalb der Populationen (73%) und eine geringe Differenzierung zwischen diesen erkennen. Lediglich die deutschen Populationen zeigten eine gewisse Abgrenzung zueinander (33%). Als Ursache für die hohe individuelle genetische Vielfalt wird zum Einen das dichte Vorkommen der H. annosum s. s.- Wirte in Europa angesehen. Darüber hinaus sind gebietsfremde Sporeneinträge durch überregionale Forstarbeiten, globale Holzimporte und die für H. annosum s. s. nachgewiesenen weiten Sporenflüge zu erklären. Das Populationsannahmemodell von STRUCTURE generierte für den Datensatz beider Arten eine optimale Populationsanzahl von ΔK=4. Drei der Subpopulationen wurden H. annosum s. s. zugeordnet. Eine Korrelation dieser genetischen Cluster mit ihrem geografischen Ursprung oder der Wirtsbaumart war nicht feststellbar. Ein möglicher Zusammenhang der Subpopulationen mit weiteren ökologischen Parametern wie z. B. Substratgrundlage, Pathogenität, Sporulationsverhalten und sich änderte klimatische Umweltbedingungen konnten in dieser Studie nicht untersucht werden. Des Weiteren zeigte die STRUCTURE-Analyse, dass einige H. parviorum-Individuen Anteile eines H. annosum s. s.-Clusters führten. Um zu klären, ob es sich hierbei um einen erebten und konservierten Polymorphisums, oder um Introgression handelt, wären weiterführende Analysen notwendig.

Genetic diversity and specialisation of Eudarluca caricis on some graminaceous Puccinia species

Eudarluca caricis is a common hyperparasite of rusts. A total of 100 cultures were isolated from six Puccinia species or forms growing on 10 species of British grasses at two sites approximately 3 km apart. 82 isolates collected in 2005 were partially sequenced at the ITS locus, and amplified fragment length polymorphism profiles generated for 86 isolates from 2005 and 12 from 2007. Partial ITS sequences of most isolates grouped closely, in a clade with previously reported graminaceous Puccinia isolates and a number of Melampsora isolates. A second clade was very distinct and contained mostly isolates from P. poarum on Poa trivialis. All isolates had distinct AFLP haplotypes. The P. poarum isolates were very distinct from isolates collected from other rusts at the same site. Isolates from P. brachypodii f. sp. arrehenatheri growing on Arrhenatherum elatius in 2005 and 2007 at the same location were distinct (P < 0.001). Isolates from each rust or grass in one year and site were more similar than expected from overall variation between isolates (P<0.001). Isolates from P. coronata on different grasses clustered together (with isolates from P. brachypodii f. sp. poae-nemoralis), suggesting partial host rust specialisation in E. caricis.

Genética e mapeamento molecular da resistência parcial à ferrugem da folha da aveia (Avena sativa L.)

A ferrugem da folha é a moléstia de maior importância econômica para a cultura da aveia e a resistência qualitativa, geralmente utilizada para o seu controle, apresenta pouca durabilidade. A utilização de resistência parcial, caracterizada pelo progresso lento da moléstia, tem sido reconhecida como alternativa para obtenção de genótipos com resistência mais durável. Os objetivos deste trabalho foram determinar o progresso da ferrugem, o controle genético da resistência, e identificar marcadores moleculares associados a essa resistência, em várias gerações e anos. Populações F2, F3, F4, F5 e F6 do cruzamento UFRGS7/UFRGS910906 (sucetível/parcialmente resistente) (1998, 1999 e 2000) e F2 do cruzamento UFRGS7/UFRGS922003 (1998), foram avaliadas a campo quanto à porcentagem de área foliar infectada, para determinar a área sob a curva do progresso da doença (ASCPD). Mapeamento molecular, com marcadores AFLP (amplified fragment length polymorphism), foi realizado em F2 e F6, do primeiro cruzamento, identificando marcadores associados à resistência quantitativa (“quantitative resistance loci” ou QRLs). Resultados de três anos evidenciaram alta influência do ambiente na expressão da resistência, apresentando, entretanto, variabilidade genética para resistência parcial nas populações segregantes. A distribuição de freqüências do caráter ASCPD nas linhas recombinantes F5 e F6 foi contínua, indicando a presença de vários genes de pequeno efeito em seu controle. Estimativas de herdabilidade variaram de moderada a alta. O mapa molecular F2 foi construído com 250 marcadores, em 37 grupos de ligação, e o mapa F6 com 86 marcadores em 17 grupos de ligação. Cinco QRLs foram identificados na F2 e três na F6. O QRL identificado na F6, pelo marcador PaaMtt340 apresentou consistência em dois ambientes.

Novel polymorphic microsatellite markers in section Caulorrhizae (Arachis, Fabaceae)

This work reports the characterization of 11 polymorphic microsatellite loci in section Caulorrhizae. The primer pairs were designed from Arachis pintoi and showed full transferability to Arachis repens species. These new markers were used to evaluate the genetic diversity in germplasm (accessions and cultivars) of section Caulorrhizae. This new set of markers detected greater gene diversity than morphological and molecular markers such as AFLP (amplified fragment length polymorphism) and RAPD (rapid analysis of polymorphic DNA) previously used in this germplasm.

Similaridade genética em acessos de goiabeiras e araçazeiros: análises químicas e bioquímicas dos frutos

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Botânica) - IBB

Auswirkungen des Klimawandels auf die klein- und großräumige genetische Populationsstruktur von Makrozoobenthos in Rhein, Main und Mosel

In den letzten Jahrzehnten wurde eine deutliche, anhaltende Veränderung des globalen Klimas beobachtet, die in Zukunft zu einer Erhöhung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur, erhöhten Niederschlagsmengen und anderen gravierenden Umweltveränderungen führen wird (IPCC 2001). Der Klimawandel wird in Flüssen sowohl mehr Extremereignisse verursachen als auch das Abflussregime bisher schmelzwasserdominierter Flüsse zu grundwassergespeisten hin ändern; dies gilt insbesondere für den Rhein (MIDDELKOOP et al. 2001). Um die möglichen Auswirkungen dieser Veränderungen auf die genetische Populationsstruktur von Makrozoobenthosorganismen vorhersagen zu können, wurden in den grundwassergespeisten Flüssen Main und Mosel sowie im Rhein Entnahmestellen oberhalb und unterhalb von Staustufen beprobt, die durch kontrastierende Strömungsverhältnisse als Modell für die zu erwartenden Änderungen dienten. Als Untersuchungsobjekt wurden Dreissena polymorpha PALLAS 1771 sowie Dikerogammarus villosus SOWINSKI 1894 herangezogen. Sie zeichnen sich durch hohe Abundanzen aus, sind aber unterschiedlich u.a. hinsichtlich ihrer Besiedlungsstrategie und –historie. Bei beiden Spezies sind die phylogeographischen Hintergründe bekannt; daher wurde auch versucht, die Einwanderungsrouten in der Populationsstruktur nachzuweisen (phylogeographisches Szenario). Dies konkurrierte mit der möglichen Anpassung der Spezies an das Abflussregime des jeweiligen Flusses (Adaptations-Szenario). Die Populationen wurden molekulargenetisch mit Hilfe der AFLP-Methode („Amplified-Fragment Length Polymorphism“) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass D. polymorpha deutlich durch die Abflussregimes der Flüsse (Schmelz- oder Grundwasserdominanz) beeinflusst wird. Die Allelfrequenzen in Populationen des Rheins sind von denen der beiden grundwassergespeisten Flüsse Main und Mosel deutlich unterscheidbar (Adaptations-Szenario). Jedoch ist kein Unterschied der genetischen Diversitäten zu beobachten; das ist auf die lange Adaptation an ihre jeweiligen Habitate durch die lange Besiedlungsdauer zurückzuführen. Dies ist auch der Grund, warum die Einwanderungsrouten anhand der Populationsstruktur nicht mehr nachzuweisen waren. Die kontrastierenden Strömungsverhältnisse um die Staustufen hatten ebenfalls keine konsistenten Auswirkungen auf die genetische Diversität der Populationen. Diese Ergebnisse zeigen eine hohe phänotypische Plastizität der Spezies und dadurch eine große Anpassungsfähigkeit an wechselnde Umweltbedingungen, die unter anderem für den großen Erfolg dieser Spezies verantwortlich ist. D. villosus wanderte erst vor Kurzem in das Untersuchungsgebiet ein; die Einwanderungsroute war anhand der genetischen Diversität nachvollziehbar (phylogeographisches Szenario); durch die kurze Besiedlungsdauer war eine Adaptation an die divergenten Abflussregime der Flüsse nicht zu erwarten und wurde auch nicht gefunden. Dagegen war ein deutlicher negativer Einfluss von starker Strömung auf die genetische Diversität nachweisbar. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Strömungsgeschwindigkeit negative Konsequenzen auf die genetische Diversität von D. villosus haben werden, während D. polymorpha hier keine Auswirkungen erkennen lässt. Die Auswirkungen des veränderten Abflussregimes im Rhein sind für D. villosus mit den vorliegenden Daten aufgrund der kurzen Besiedlungsdauer nicht vorhersagbar; D. polymorpha wird durch die Veränderung des Rheins zu einem grundwassergespeisten Fluss zwar einen Wandel in der genetischen Struktur erfahren, aber auch hier keine Einbußen in der genetischen Diversität erleiden.

Gene expression analysis in ‘Candidatus Phytoplasma mali’-resistant and -susceptible Malus genotypes

Apple proliferation (AP) disease is the most important graft-transmissible and vector-borne disease of apple in Europe. ‘Candidatus Phytoplasma mali’ (Ca. P. mali) is the causal agent of AP. Apple (Malus x domestica) and other Malus species are the only known woody hosts. In European apple orchards, the cultivars are mainly grafted on one rootstock, M. x domestica cv. M9. M9 like all other M. x domestica cultivars is susceptible to ‘Ca. P. mali’. Resistance to AP was found in the wild genotype Malus sieboldii (MS) and in MS-derived hybrids but they were characterised by poor agronomic value. The breeding of a new rootstock carrying the resistant and the agronomic traits was the major aim of a project of which this work is a part. The objective was to shed light into the unknown resistance mechanism. The plant-phytoplasma interaction was studied by analysing differences between the ‘Ca. P. mali’-resistant and -susceptible genotypes related to constitutively expressed genes or to induced genes during infection. The cDNA-Amplified Fragment Length Polymorphism (cDNA-AFLP) technique was employed in both approaches. Differences related to constitutively expressed genes were identified between two ‘Ca. P. mali’-resistant hybrid genotypes (4551 and H0909) and the ‘Ca. P. mali’-susceptible M9. 232 cDNA-AFLP bands present in the two resistant genotypes but absent in the susceptible one were isolated but several different products associated to each band were found. Therefore, two different macroarray hybridisation experiments were performed with the cDNA-AFLP fragments yielding 40 sequences encoding for genes of unknown function or a wide array of functions including plant defence. In the second approach, individuation and analysis of the induced genes was carried out exploiting an in vitro system in which healthy and ‘Ca. P. mali’-infected micropropagated plants were maintained under controlled conditions. Infection trials using in vitro grafting of ‘Ca. P. mali’ showed that the resistance phenotype could be reproduced in this system. In addition, ex vitro plants were generated as an independent control of the genes differentially expressed in the in vitro plants. The cDNA-AFLP analysis in in vitro plants yielded 63 bands characterised by over-expression in the infected state of both the H0909 and MS genotypes. The major part (37 %) of the associated sequences showed homology with products of unknown function. The other genes were involved in plant defence, energy transport/oxidative stress response, protein metabolism and cellular growth. Real-time qPCR analysis was employed to validate the differential expression of the genes individuated in the cDNA-AFLP analysis. Since no internal controls were available for the study of the gene expression in Malus, an analysis on housekeeping genes was performed. The most stably expressed genes were the elongation factor-1 α (EF1) and the eukaryotic translation initiation factor 4-A (eIF4A). Twelve out of 20 genes investigated through qPCR were significantly differentially expressed in at least one genotype either in in vitro plants or in ex vitro plants. Overall, about 20% of the genes confirmed their cDNA-AFLP expression pattern in M. sieboldii or H0909. On the contrary, 30 % of the genes showed down-regulation or were not differentially expressed. For the remaining 50 % of the genes a contrasting behaviour was observed. The qPCR data could be interpreted as follows: the phytoplasma infection unbalance photosynthetic activity and photorespiration down-regulating genes involved in photosynthesis and in the electron transfer chain. As result, and in contrast to M. x domestica genotypes, an up-regulation of genes of the general response against pathogens was found in MS. These genes involved the pathway of H2O2 and the production of secondary metabolites leading to the hypothesis that a response based on the accumulation of H2O2 in MS would be at the base of its resistance. This resembles a phenomenon known as “recovery” where the spontaneous remission of the symptoms is observed in old susceptible plants but occurring in a stochastic way while the resistance in MS is an inducible but stable feature. As additional product of this work three cDNA-AFLP-derived markers were developed which showed independent distribution among the seedlings of two breeding progenies and were associated to a genomic region characteristic of MS. These markers will contribute to the development of molecular markers for the resistance as well as to map the resistance on the Malus genome.

Genetic diversity and ecological success of Staphylococcus aureus strains colonizing humans

The genetic determinants and phenotypic traits which make a Staphylococcus aureus strain a successful colonizer are largely unknown. The genetic diversity and population structure of 133 S. aureus isolates from healthy, generally risk-free adult carriers were investigated using four different typing methods: multilocus sequence typing (MLST), amplified fragment length polymorphism analysis (AFLP), double-locus sequence typing (DLST), and spa typing were compared. Carriage isolates displayed great genetic diversity which could only be revealed fully by DLST. Results of AFLP and MLST were highly concordant in the delineation of genotypic clusters of closely related isolates, roughly equivalent to clonal complexes. spa typing and DLST provided considerably less phylogenetic information. The resolution of spa typing was similar to that of AFLP and inferior to that of DLST. AFLP proved to be the most universal method, combining a phylogeny-building capacity similar to that of MLST with a much higher resolution. However, it had a lower reproducibility than sequencing-based MLST, DLST, and spa typing. We found two cases of methicillin-resistant S. aureus colonization, both of which were most likely associated with employment at a health service. Of 21 genotypic clusters detected, 2 were most prevalent: cluster 45 and cluster 30 each colonized 24% of the carrier population. The number of bacteria found in nasal samples varied significantly among the clusters, but the most prevalent clusters were not particularly numerous in the nasal samples. We did not find much evidence that genotypic clusters were associated with different carrier characteristics, such as age, sex, medical conditions, or antibiotic use. This may provide empirical support for the idea that genetic clusters in bacteria are maintained in the absence of adaptation to different niches. Alternatively, carrier characteristics other than those evaluated here or factors other than human hosts may exert selective pressure maintaining genotypic clusters.

Conservación in situ de germoplasma silvestre de papa en la reserva natural Villavicencio

El Convenio sobre la Diversidad Biológica revela el papel primordial que desempeña el mantenimiento de la diversidad biológica y establece como prioritaria la conservación in situ de los recursos genéticos. Los parientes silvestres de los cultivos, son parte de esta biodiversidad y representan recursos imprescindibles y relevantes para abordar las necesidades de seguridad alimentaria. La papa, ancestralmente cultivada, es el principal cultivo hortícola a nivel mundial y cuenta con más de 200 especies silvestres emparentadas que proporcionan diversidad genética para el mejoramiento del cultivo. La conservación in situ en Áreas Protegidas (APs) permite la conservación de recursos genéticos y son el eje central en prácticamente todas las estrategias nacionales e internacionales de conservación. Este trabajo busca promover y destacar la importancia de conservación in situ de especies silvestres de papa en APs de Argentina. El diseño experimental contempló un trabajo de gabinete y otro de campo. La primera aproximación consistió primeramente en la identificación de APs donde crecen especies silvestres de papa, género Solanum sección Petota, en base al solapamiento de coordenadas geográficas de las APs argentinas y las introducciones del Banco de Germoplasma de Papa y Forrajeras INTA-Balcarce, seguido de la consulta de la base de datos del Sistema de Información de Biodiversidad, para posteriormente relevar el estado actual de conservación enviando una encuesta a los responsables de APs seleccionadas en base a la presencia de las especies de interés. La segunda aproximación experimental implicó el análisis de la variabilidad genética presente en poblaciones naturales de la especie silvestre de papa Solanum kurtzianum que crece en la Reserva Natural Villavicencio provincia de Mendoza. A partir del trabajo de gabinete, se identificaron 18 especies de la sección Petota distribuidas en 21 APs ubicadas en 11 provincias argentinas. Tomando como criterio la riqueza de especies, se destacaron las APs correspondientes al Parque Nacional los Cardones, Monumento Natural Laguna de los Pozuelos y Reserva de la Biósfera de Las Yungas en la región norte del país, las cuales tendrían un alto potencial para establecer reservas genéticas para la conservación in situ de estos recursos. Respecto al trabajo de campo, se analizó la variabilidad genética en 22 poblaciones de S. kurtzianum ubicadas en sitios de fácil y difícil acceso (correspondiente al camino aledaño a la ruta y travesía pedestre respectivamente) dentro de la RN Villavicencio empleando marcadores moleculares AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism). La matriz binaria de presencia/ausencia de fragmentos quedó formada por 67 muestras y 214 fragmentos totales. La similitud genética para el coeficiente DICE varió entre 0,66 y 1. En el fenograma, algunas poblaciones se agruparon por origen geográfico, mientras que en otros casos los agrupamientos fueron heterogéneos, conteniendo muestras recolectadas en distintos sitios. El número total de fragmentos (F) por población varió entre 109 y 143. El número de F únicos varió de 0 a 4 entre las poblaciones. El número de F raros compartidos entre poblaciones varió de 1 a 13 y los frecuentes entre 105 y 132. El promedio de acuerdo al sitio de origen, para los F únicos varió entre 0,6 y 1,6 para los raros entre 2,4 y 6,6 y para los frecuentes de 109,8 a 121,4. Al comparar entre si los sitios de fácil y difícil acceso se obtuvo que el promedio de F únicos, raros y frecuentes, en el primer caso, fue de 0,93, 4,07 y 116,33 respectivamente, mientras que para el sitio de difícil acceso correspondió a 1,00; 4,29 y 121,00. El uso del marcador molecular AFLP ha permitido generar una base de datos de los fragmentos AFLP en poblaciones de S. kurtzianum distribuidas en la RN Villavicencio que permitirá el monitoreo a través del tiempo de la variabilidad genética, herramienta indispensable para implementar estrategias de conservación in situ y que podría contribuir para elaborar y evaluar acciones de manejo dentro de la reserva.

A genetic linkage map in autotetraploid lucerne adapted to northern Australia, and use of the map to identify DNA markers linked to resistance to Phytophthora medicaginis

Phytophthora root rot, caused by Phytophthora medicaginis, is a major limitation to lucerne ( Medicago sativa L.) production in Australia and North America. Quantitative trait loci (QTLs) involved in resistance to P. medicaginis were identified in a lucerne backcross population of 120 individuals. A genetic linkage map was constructed for tetraploid lucerne using 50 RAPD ( randomly amplified polymorphic DNA), 104 AFLP (amplified fragment length polymorphism) markers, and one SSR ( simple sequence repeat or microsatellite) marker, which originated from the resistant parent (W116); 13 markers remain unlinked. The linkage map contains 18 linkage groups covering 2136.5 cM, with an average distance of 15.0 cM between markers. Four of the linkage groups contained only either 2 or 3 markers. Using duplex markers and repulsion phase linkages the map condensed to 7 homology groups and 2 unassigned linkage groups. Three regions located on linkage groups 2, 14, and 18, were identified as associated with root reaction and the QTLs explained 6 - 15% of the phenotypic variation. The research also indicates that different resistance QTLs are involved in conferring resistance in different organs. Two QTLs were identified as associated with disease resistance expressed after inoculation of detached leaves. The marker, W11-2 on group 18, identified as associated with root reaction, contributed 7% of the phenotypic variation in leaf response in our population. This marker appears to be linked to a QTL encoding a resistance factor contributing to both root and leaf reaction. One other QTL, not identified as associated with root reaction, was positioned on group 1 and contributed to 6% of the variation. This genetic linkage map provides an entry point for future molecular-based improvement of lucerne in Australia, and markers linked to the QTLs we have reported should be useful for marker-assisted selection for partial resistance to P. medicaginis in lucerne.

Correction of the misclassification of species in the Portuguese collection of Cucurbita pepo L. using DNA markers

In this study, the genetic variability among 130 accessions of the Portuguese germplasm collection of Cucurbita pepo L. maintained at the Banco Portugues de Germoplasma Vegetal was assessed using AFLP (amplified fragment length polymorphism) and RAPD (random amplified polymorphic DNA) techniques for the identification of a genetically diverse core group of accessions for field phenotypic analysis. The surprisingly completely different molecular patterns exhibited by multiple accessions was later confirmed in the distribution of the putative C. pepo plants into two clusters drastically separated at a very low level of genetic similarity (DICE coefficient = 0.37). Additional analyses with RAPD and ISSR (inter single sequence repeat) markers and the introduction of standard genotypes of C. maxima L. and C. moschata L. into the analyses allowed the identification of multiple accessions of the last species wrongly included in the C. pepo collection. This study is a good example of the usefulness of DNA markers in the establishment and management of plant germplasm collections.