Rezistence genových zdrojů rodu Lactuca vůči plísni salátové (Bremia lactucae) a jejich genetická variabilita

Mgr. Michaela JEMELKOVÁ

Doctoral thesis

Resistance gene resources of the genus Lactuca against lettuce downy mildew (Bremia lactucae) and their genetic variability

Abstract:

Rod Lactuca L. zahrnuje více než 97 druhů, z nichž některé jsou pěstovány pro svůj hospodářský význam. Navzdory nezpochybnitelné důležitosti tohoto rodu přetrvává nedostatek informací o genetické diverzitě, fylogenetických vztazích, rezistenci vůči plísni salátové (Bremia lactucae) a využitelnosti planých druhů ve šlechtitelských programech. Tato disertační práce si kladla za cíl přispět k charakterizaci genetické struktury a diverzity planých druhů za pomocí molekulárních metod; včetně zhodnocení variability rezistence vůči plísni salátové. V první části práce byla pro studium genetické variability populací L. serriola využita analýza 8 EST-SSR a 257 AFLP markerů. Tato studie poukazuje na fakt, že populace L. serriola pocházející z odlišných ekogeografických podmínek se významně liší nejen ve své genetické výbavě, ale i ve svých fenotypových vlastnostech. Dalším tématem bylo studium genetické variability pomocí 8 EST-SSR a 287 AFLP markerů u vzorků L. aculeata pocházejících z Turecka, Jordánska a Izraele, včetně testování rezistence vůči plísni salátové (Bremia lactucae). Výsledky molekulárních analýz potvrdily zeměpisný původ vzorků. Výsledky studia rezistence vykazovaly rasově-specifické reakce, a je tedy pravděpodobné, že L. aculeata by mohla být nositelem nových zdrojů rasově-specifické rezistence využitelných ve šlechtění kulturního salátu L. sativa. Třetí téma práce bylo zaměřené na hodnocení morfologické a genetické variability tří blízce příbuzných, převážně samosprašných, planě rostoucích druhů L. serriola, L. aculeata a L. saligna, které byly sesbírány na území Izraele. Genetická stuktura a diverzita byla analyzována pomocí 11 EST-SSR a 230 AFLP markerů. Výsledky ukázaly, že i když jsou tyto druhy převážně samosprašné, populace nebyly morfologicky ani geneticky uniformní a představovaly jedinečné kombinace genotypů, které se lišily od jiných populací stejného druhu. Poslední dvě části shrnují výsledky a dosavadní poznatky intenzivního výzkumu planých druhů rodu Lactuca L. v oblasti: variability k patogenním organismům a škůdcům, včetně využití ve šlechtění na odolnost; v oblasti taxonomie; biogeografie; konzervační strategie; v hodnocení genetické diverzity na fenotypové, fenologické úrovni; v karyologické proměnlivosti; v obsahu DNA, biochemických vlastností či molekulárního polymorfismu.

Abstract:

The present work focused on five various topics related to the Lactuca spp.- germplasm, their genotypic and phenotypic variation, ecogeography, resistance to pathogens and pests, as well as utilization in lettuce breeding. The first on is the development of genetic variability of 53 Swedish and Slovenian population L. serriola, two marginal areas of natural distribution this species. The genetic variability between populations was evaluated with 7 EST-SSR loci and 257 AFLP markers. The mutual relationships among the analyzed samples were visualized using two approaches, Neighbor-Network diagram and Bayesian clustering method. In the next part are summarized the results of genetic variability of 69 samples L. aculeata, 3 samples of L. serriola and 3 putative hybrids L. aculeata × L. serriola, coming from Turkey, Jordan and Israel, including data from screening (41 samples of L. aculeata) for response to lettuce downy mildew (Bremia lactucae). The genetic structure and diversity were analyzed using 8 EST-SSR loci and 287 AFLP markers. Our results confirmed a previous determination of three putative hybrids L. aculeata × L. serriola. Moreover, we also detected at least 6 additional hybrid samples showing certain proportion of L. serriola-like genotype. The results from studies of resistence demostrated race-specific reaction patterns, indicating the possible presence of some race-specific resistance factors/genes in the studied samples of L. aculeata. The third part describes the results obtained from study of population structure, including morphological/genetic variability in Israeli samples of L. serriola, L. aculeata and L. saligna (two populations per each Lactuca species). The genetic structure and diversity were analyzed using 11 EST-SSR loci and 230 AFLP markers. The results showed that although these species have the predominantly self-pollinating character, the populations were not morphologically and genetically uniform. The genetic variability in a population increases at its periphery, due to the presence of plants with "non-indigenous" alleles, which most likely come from migration and subsequent interpopulation or interspecific hybridization. The other two parts are complementary and interconnected. The fourth part is focused on reaction of wild Lactuca genetic resources to diseases (including viral pathogens, oomycete and fungal pathogens) and pests (incl. nematodes, insects and mites). And the last part, except the aforementioned, summarizes the current knowledge of intensive research the wild Lactuca species in taxonomy, ecogeography, conservation strategy, karyology, molecular biology and in approaches to the use of wild Lactuca species in lettuce breeding programme to biotic factors.

Keywords

rasově-specifická rezistence, ekogeografie, Izrael, Lactuca serriola, Lactuca aculeata, Lactuca saligna, genetická variabilita, plíseň salátová, Skandinávie, biodiverzita

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 2. 2018

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Aleš Lebeda, DrSc.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Botany