Creare e selezionare le nuove varietà con strumen? di gene?ca

Creare e selezionare le nuove varietà con strumen2 di gene2ca avanzata Luca Gianfranceschi Come selezionare le nuove varietà ? Iden2ficando: „ i geni responsabili del cara;ere U2lizzando: „ Marcatori molecolari Sfru;ando: „ Conoscenze di biologia molecolare „ Sviluppi delle biotecnologie 2 Marcatori molecolari Sono uno strumento che serve per marcare una precisa posizione all’interno del DNA di un organismo „ Quali cara;eris2che devono avere „  Non sono influenza2 dall’ambiente „  Stabili „  Numerosi „  Mostrare elevata variabilità „  Facili da monitorare „  Analisi automa2zzabili 3 Quan2 marcatori abbiamo? „  Nel proge;o AGER melo abbiamo u2lizzato circa 18’000 marcatori SNP „  16’000 sono sta2 posiziona2 sulla mappa gene2ca „  La mappa gene2ca del genoma di melo è circa 1000-­‐1300 cM „  C’è un marcatore ogni 0.06-­‐0.08 cM è  U2lizzando il marcatore più vicino al gene per selezionare faremmo un errore 6-­‐8 volte ogni 10’000 è  Se u2lizzassimo i due marcatori fiancheggian2 per la selezione del gene gli errori sarebbero circa 2-­‐4/10’000’000 „  La dimensione del genoma del melo è circa 790 milioni di nucleo2di „  Distanza media tra marcatori è di circa 49000 nucleo2di 4 Mappa gene2ca del melo „ Distribuzione lungo i 17 cromosomi di melo dei 16’000 marcatori mappa2 in 21 popolazioni di incrocio di melo (raggruppa2 per Focal Point) Bianco et al. PLoS ONE 2014, 9(10): e110377 (doi:10.1371/journal.pone.0110377) 5 Mappatura di cara;eri complessi m1 Varietà 1 m2 Varietà 2 m3 Popolazione segregante m1 m2 Mappa gene2ca m3 Dato feno2pico 6 QTL analysis Frequenza
Come scoprire se esiste un’associazione tra Esiste un’associazione tra il geno1po del marcatore il geno2po dmolecolare el marcatore em iolecolare e il qcuan1ta1vo? ara;ere feno2pico l cara5ere Mm MM mm Dimensione
7 QTL analysis Frequenza
Come scoprire se esiste un’associazione tra il geno2po del marcatore molecolare e il cara;ere feno2pico mm Mm MM Dimensione
8 Cara7ere quantitativo
QTL analysis
M1M1
m1m1
b0 ≅ 0
M1M1
m1m1
Genotipo marcatore
Il marcatore NON è associato al cara;ere feno2pico Ê nelle vicinanze del marker NON c’è un gene che controlla il cara;ere 9 Cara7ere quantitativo
QTL analysis
M2M2
m2m2
b0 ≠ 0
M2M2
m2m2
Genotipo marcatore
Il marcatore È ASSOCIATO al cara;ere feno2pico Ê nelle vicinanze del marker è presente un gene che controlla il cara;ere 10 Quali cara;eri studiare ? Aspe;o Aromi Dolcezza Durezza Succosità Consistenza Maturità Conservabilità Acidità Resistenza a malage 11 La resistenza alle malage „  La maggior parte delle resistenze derivano da specie selva2che senza valore commerciale e con cara;eris2che nega2ve „  Alla resistenza sono associa2 mol2 cara;eri nega2vi del fru;o che dovrebbero essere elimina2 L’iden1ficazione dei geni di resistenza perme5e: „  Di selezionare molto precocemente le piante resisten2 „  Di individuare piante che hanno più di un gene di resistenza (piramidizzazione) „  Di eliminare più velocemente il genoma della specie selva1ca producendo una pianta con elevata qualità Malus flo
ribunda 8
21 (Vf)
12 Marcatori disponibili Patogeno locus R marker fonte Venturia inaequalis Vf CH-­‐Vf1 Vinatzer et al 2004 Venturia inaequalis Vd CH02b07 Tartarini et al 2004 Venturia inaequalis Vd Venturia inaequalis Vm DCA-­‐SSR1, -­‐2, -­‐3, -­‐17, -­‐21, -­‐22, -­‐26, -­‐29, -­‐30 Hi07h02 Venturia inaequalis Vh2 CH02b10 Bus et al 2005 Venturia inaequalis Vh2 CH05e03 Bus et al 2005 Venturia inaequalis Vh4 CH02c02a Bus et al 2005 Podosphaera leucotricha Pl1 AT20-­‐SCAR Markussen et al 1995 Erwinia amylovora [da Fiesta] AE375 Khan et al 2007 Erwinia amylovora [da Fiesta] GE8019 Khan et al 2007 questo proge;o Patocchi et al 2005 13 Popolazioni di incrocio u2lizzate per la mappatura di nuovi geni di resistenza in melo Locus Incrocio Progenie (n) Gruppi coinvol1 Va? Reinders x Antonovka PI172612 93 UNIBO/UNIMI Va? 80 UNIBO/UNIUD Va? Golden delicious x Antonovka DCA Fuji x Antonovka DCA 81 UNIBO/UNIUD Vb Golden D. x Hansen’s baccata #2 a.100 UNIBO/FEM-­‐IASMA Vm Golden D. x [Galaxi x Murray] > 1000 UNIBO/FEM-­‐IASMA Vx? Golden delicious x Striato dolce a. 500 FEM-­‐IASMA-­‐UNIUD Vy? Golden delicious x Dal dolç a. 500 FEM-­‐IASMA-­‐UNIUD AP Coop12 x Coop 13 120 UNIBO/UNIUD FB Durello di Forlì x Fiesta 174 UNIBO/UNIMI 14 Lista dei geno2pi con resistenze piramidate selezionate nell’ambito del proge;o Varietà/Geno1po Ariwa (a) Origine Golden Delicious x A 849-­‐5 Florina (a) 612-­‐1 x Jonathan Golden Orange (a) Ed Gould Golden X PRI 1956-­‐6 Vf, PMQTL DD59 (s) Durello di Forlì x Discovery Vd, VQTLD DF120 (s) Durello di Forlì x Fiesta Vd, VQTLF DF128 (s) Durello di Forlì x Fiesta Vd, VQTLFa DF163 (s) Durello di Forlì x Fiesta Vd, VQTLFa GK13 (s) GoldRush x Realka Vf,Vh2, Vh4 GM37 (s) GoldRush x Murray Vf, Vm GR40 (s) GoldRush x Russian seedling R12740-­‐7A Vf, Vr HM47, -­‐57, -­‐100 (s) Harmonie x Murray GMALx (a) accessioni di M. orientalis (a) varietà/accessione acquisita (s) genoTpo selezionato da incrocio nell’ambito del progeWo loci piramida1 Vf, Vg, Plx, FBx, Nx Vf, ALx Vf, Vm Vr2, FBx, Rux Vx = Venturia inaequalis, 2cchiolatura Plx = Podosphera leucotricha, oidio FBx = Erwinia amylovora, fire blight, colpo di fuoco ba;erico Nx = Nectria, cancro rameale Ru = cedar apple rust ALx = afide lanigero 15 Lista dei nuovi incroci prodog per la piramidizzazione di resistenze Incrocio (tra parentesi il locus R) Coop 39 Crimson Crisp® (Vf) x Sel. HM47 (Vm) Semenzali o semi 140 Coop 39 Crimson Crisp® (Vf) x Sel. HM57 (Vm) 140 Daline;e Choupe;e® (Vf) x Sel. HM47 (Vm) 319 Daline;e Choupe;e® (Vf) x Sel. HM57 (Vm) 1.230 GK13 x HM45 96 HM45 x GK15 177 Coop 39 Crimson Crisp® (Vf) x Realka (Vr) 640 Daline;e Choupe;e® (Vf) x Realka (Vr) 700 16 Collaborazioni
Work Package: Development and use of molecular markers and selec3on of new varie3es with mul3ple resistance traits „  nel proge;o AGER melo „  responsabile: Prof. Guido Cipriani „  Prof. Stefano Tartarini „  Do;. Riccardo Velasco & al. „  Do;. Silvio Pellegrino „  Do;. Luca Gianfranceschi „  Collegamen2 anche con il proge;o EU Fruitbreedomics „  Do;. Eric Van de Weg (Plant Research Interna2onal, NL) 17 Grazie dell’attenzione
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