Genetická analýza mimojaderné DNA u odrůd bramboru ve vztahu k fenotypu

Bc. Tereza Anna Javůrková

Master's thesis

Genetic analysis of extranuclear DNA in potato varieties in relation to phenotype

Abstract:

Diplomová práce se zabývá analýzou mitochondriální a plastidové DNA u odrůd bramboru (Solanum tuberosum L.) s cílem zjistit, zda existuje souvislost mezi typem cytoplazmy a vybranými fenotypovými znaky hlíz. Genetická variabilita byla hodnocena u 421 odrůd. Jednotlivé vlastnosti u 185 až 223 odrůd v závislosti na dostupnosti jednotlivých znaků. DNA byla amplifikována pomocí optimalizované multiplexní PCR, následně štěpena restrikční endonukleázou BamHI. Elektroforetickým rozborem byly identifikovány tři typy cytoplazmy – T, D a W. Fenotypová data byla získána z databáze GRIN, převedena do binární formy a analyzována statistickými metodami. K vyhodnocení vztahů mezi cytoplazmatickými typy a fenotypem byla použita analýza hlavních komponent (PCA) a Kruskal-Wallis test s následným post hoc testem Dunnové. Výsledky ukázaly, že v prostoru hlavních komponent se jednotlivé typy cytoplazmy částečně odlišují, přičemž typ T vykazoval nejvyšší fenotypovou variabilitu a typ D byl fenotypově nejhomogennější. Na základě statistických analýz bylo prokázáno, že u některých znaků, např. tvar hlízy, barva dužiny či délka vegetačního období, existují statisticky významné rozdíly mezi skupinami podle typu cytoplazmy. Výsledky naznačují, že cytoplazmatická dědičnost může spolupůsobit při utváření některých agronomicky důležitých vlastností. Doporučuje se zahrnout typ cytoplazmy jako doplňující selekční kritérium při šlechtění brambor a výsledky ověřit ve větším souboru dat s využitím dalších metod, např. funkčních markerů či transkriptomické analýzy.

Abstract:

The diploma thesis focuses on the analysis of mitochondrial and plastid DNA in potato varieties (Solanum tuberosum L.) with the aim of determining whether there is an association between the type of cytoplasm and selected phenotypic traits of tubers. Genetic variability was assessed in 421 cultivars. Individual traits 185 - 223 depending on the availability of data for individual traits. DNA was amplified using an optimized multiplex PCR, followed by digestion with the restriction endonuclease BamHI. Based on electrophoretic profiles, three types of cytoplasm were identified – T, D, and W. Phenotypic data were obtained from the GRIN database, converted into binary form, and analyzed using statistical methods. To evaluate the relationships between cytoplasmic types and phenotype, principal component analysis (PCA) and the Kruskal-Wallis test with Dunn’s post hoc test were used. The results showed that the different cytoplasm types were partially separated in the principal component space, with type T exhibiting the greatest phenotypic variability and type D being the most phenotypically homogeneous. Statistical analysis confirmed significant differences among cytoplasm types for several traits, such as tuber shape, tuber flesh color, and length of the growing period. The results suggest that cytoplasmic inheritance may contribute to the expression of certain agronomically important traits. It is recommended to consider cytoplasm type as a supplementary selection criterion in potato breeding, and to validate these findings using a larger dataset and additional approaches, such as functional markers or transcriptomic analysis.

Keywords

odrůdy bramboru, mimojaderná DNA, multiplex PCR, haplotypy cytoplazmy, fenotypy hlíz

Keywords

potato varieties, extranuclear DNA, multiplex PCR, cytoplasmic haplotypes, tuber phenotypes

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 4. 2025

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Vladimíra Sedláková, Ph.D.
• Reader: Jiří Ptáček, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / specializace:
Biotechnology / Biotechnology and Plant Breeding