Charakterizace lokusu genu SRS1 ovlivňujícího výnos ve vybrané skupině odrůd pšenice

Bc. Vendula SVOBODOVÁ

Master's thesis

Locus characterization of yield affecting gene SRS1 in selected set of wheat cultivars

Abstract:

Pšenice setá (Triticum aestivum L.) je jednou z nejdůležitějších zemědělských plodin na světě. Pšenice poskytuje základní potravu pro 30 % obyvatel Země a přibližně 20 % kalorií konzumovanými lidmi. Jedním z hlavních důvodů úspěšnosti pšenice je její přizpůsobivost k rozmanitosti přírodních podmínek. Přizpůsobení pšenice je zejména zásluhou allohexaploidního genomu, který se vyvíjel postupnými hybridizacemi tří blízce příbuzných genomů. Výsledkem toho je komplexní hexaploidní genom pšenice seté o velikosti cca 17 Gb (2n = 6x = 42, AABBDD), který patří mezi největší a nejsložitější genomy u obilovin. S rostoucí lidskou populací a změnou stravovacích návyků se zvyšuje poptávka po potravinách, a tím se neustále zvyšují požadavky na produkci pšenice. Výnos pšenice je ohrožován omezenými osevnými plochami a také biotickými a abiotickými stresy jako jsou nemoci např. rzi a padlí travní nebo výrazné klimatické změny. Z těchto důvodů je nutné podpořit urychlení vývoje nových odrůd pšenice, které budou mít stabilně vysoký výnos a budou odolné k těmto stresům. Stabilní výnos pšenice je velice důležitý pro potravinovou bezpečnost světa. Výnos je ovlivněn celou řadou faktorů zejména na genetické úrovni, ale významně i přírodními podmínkami. Jedním z kandidátních genů ovlivňující výnos je pšeničný homolog rýžového genu SRS1. Tento gen, kromě tvaru semen, pravděpodobně také ovlivňuje větvení klasu a tím i počet semen na klas. Počet semen na klas je jedním z hlavních výnosových prvků výnosu. V této práci byla studována diverzita tohoto genu v rámci vybraných odrůd pšenice s větveným klasem a hledána asociace tohoto znaku s mutacemi v pšeničném homologu genu SRS1. Analýza sekvencí tohoto genu z 25 TRI linií s větveným klasem a DNA z tříděných homeologních subgenomů A, B, D kultivaru Chinese spring identifikovala 136 polymorfismů mezi homeologními subgenomy s 12 SNP mutacemi. Fylogenetická analýza těchto sekvencí ukázala, jak korelují tyto SNP s fenotypem větvení.

Abstract:

Bread wheat (Triticum aestivum L.) is one of the most important agricultural crops in the world. Wheat provides basic food for 30% of the Earth's population and about 20% of calories consumed by people. One of the main reasons for the success of wheat is its adaptability to the diversity of natural conditions. The adaptation of wheat is mainly due to the allohexaploid genome, which was developed by sequential hybridizations of three closely related genomes. The result is a complex hexaploid genome of approximately 17 gb (2n = 6x = 42, AABBDD), which is one of the largest and most complex genomes in cereals. With the increasing human population and changing eating habits, food demand is on the rise, and there is also a growing demand for wheat production. The yield of wheat is threatened by limited crop fields and also by biotic and abiotic stresses, such as diseases e.g. rust and powdery mildew of cereals and grasses, or severe climate change. For these reasons, it is necessary to support the acceleration of the development of new wheat varieties that will have a steadily high yield and will be resistant to these stresses. A stable yield of wheat is very important for the world´s food security. The yield is influenced by a number of factors, especially on the genetic level, but by the natural conditions as well. One of the candidate genes influencing the yield is the wheat homologue of the rice gene SRS1. This gene, in addition to the shape of the seeds, is also likely to affect the branching of the spike and thus the number of seeds on the ears. The number of seeds per spike is one of the main yield components. In this work, the diversity of this gene was studied within the selected varieties of wheat with a branched spike and the association of this sign with mutations in the wheat homolog of the SRS1 gene was sought. Sequence analysis of this gene from 25 TRI lines with branched spike and DNA from the sorted homeologous subgenomes A, B, D cultivars of the Chinese Spring cultivar identified 136 polymorphisms between homeologous subgenomes with 12 SNP mutations. Phylogenetic analysis of these sequences showed how these SNPs correlate with the branching phenotype.

Keywords

SRS1 gen, pšenice, výnos, rýže, zrno, polymorfismus, homeologní subgenomy, SNP mutace, větvení klasu, fylogenetický strom

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 7. 2017

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Miroslav Valárik, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology