High-density mapping of agronomically important traits using a reference genome sequence of wheat

Bc. Adam LAMPAR

Master's thesis

Abstract:

Common wheat is the leading cereal crops worldwide and plays a major role in sustaining food security. It is an allohexaploid species with a large genome, which complicates wheat genomic studies. Diploid wheat ancestors are employed to ease some of the difficulties. Diploid einkorn wheat Triticum monococcum is closely related to the A genome of common wheat. Einkorn's smaller diploid genome, the availability of both cultivated and wild forms with broad gene pool, and a high level of gene conservation and collinearity with other Triticum species make it an attractive model for mapping of quantitative trait loci (QTLs). A linkage map of T. monococcum was constructed using 81 F8 recombinant inbred lines derived from a cross of cultivated T. monococcum ssp. monococcum 'DV92' and wild T. monococcum ssp. boeoticum 'G3116'. The linkage map contains 676 molecular markers assigned to seven linkage groups and covers 1033 cM with one marker per 1.53 cM on average. A total of 129 QTLs for 17 quantitative traits (including plant height, the number of tillers and their pattern, leaf pubescence, ear emergence time, spike traits, and grain traits) were mapped. Leaf pubescence provides a protection against both biotic and abiotic stress factors. Two highly significant QTLs for leaf pubescence were mapped on chromosomes 3Am and 5Am and the markers associated with the QTLs were aligned against the physical map of common wheat within a 20 Mbp interval on 3B and a 1.2 Mbp interval on 5A, respectively. Both QTLs were verified on verification mapping populations. This makes it an ideal basis for identification of genes underlying the trait.

Abstract:

Pšenice setá je jednou z nejdůležitějších obilnin a hraje významnou roli v celosvětovém zajišťování potravin. Jedná se o allohexaploidní druh s velkým genomem, což ztěžuje jeho výzkum. Diploidní předci pšenice se proto využívají pro zjednodušení některých aspektů výzkumu. Diploidní pšenice jednozrnka Triticum monococcum je blízce příbuzná s donorem genomu A pšenice seté. Menší diploidní genom, existence kultivovaných i divokých forem, která je zdrojem velkého počtu alel genů, a vysoká mezidruhová konzervovanost a kolinearita genů z jednozrnky činí atraktivní model pro mapování lokusů kvantitativních znaků (QTL). Vazebná mapa T. monococcum byla sestavena s použitím 81 F8 rekombinantních inbredních linií odvozených z křížení kultivované T. monococcum ssp. monococcum 'DV92' a divoké T. monococcum ssp. boeoticum 'G3116'. Vazebná mapa obsahuje 676 molekulárních markerů řazených do sedmi vazebných skupin a pokrývá 1033 cM s v průměru jedním markerem na 1,53 cM. Celkem bylo zamapováno 129 QTL pro 17 kvantitativních znaků (včetně výšky rostliny, počtu odnoží a typu odnožování, chlupatosti listů, doby metání a znaků spojených s klasem a zrnem). Chlupatost listů rostlině poskytuje ochranu před biotickým i abiotickým stresem. Dva vysoce signifikantní QTL pro chlupatost listů byly zamapovány na chromozomech 3Am a 5Am a markery asociované s těmito QTL byly přiřazeny na fyzickou mapu pšenice seté ve 20 Mbp intervalu na 3B a 1,2 Mbp intervalu na 5A. Oba QTL byly verifikovány na verifikačních mapovacích populacích. Toto činí předloženou analýzu ideálním základem pro identifikaci genů ovlivňujících mapované znaky.

Keywords

pšenice, Triticum monococcum, lokusy kvantitativních znaků, vazebné mapování

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 5. 2020

Thesis defence

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

Palacký University Olomouc

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology