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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