Dal genoma del melo: l’origine
della specie e le sue prospettive
Riccardo Velasco, FEM-IASMA,
San Michele all’Adige, Trento
Bolzano, 6 novembre 2010
Sequenziare il genoma del melo
Cultivar ‘Golden Delicious’ (la più importante
cultivar del Trentino, tra le prime nel mondo)
Diploide (2n = 34)
Dimensioni del genoma: ca. 750 Mb
Sequenziato con 454 (ca. 13x) + Sanger (ca. 4x)
Ca. 70% del genoma è ancorato a mappe
genetiche, incluso ca. il 90% dei geni.
Stimati ca. 2 milioni di SNPs (singoli nucleotidi
polimorfici)
Sequenziare un genoma: puzzle infinito
sequenziare 2 kb Clones
Contigui (contigs)
Metacontigs da
2-15 kb Clones
BACs e Fosmids
Metacontigs da
BACs and
Fosmids
Marcatori genetici
Cromosomi
Dettagli sul genoma di Golden
terzo round di assemblaggio (15.4x Golden Delicious + 1.5x DH)
122,146 contigs assemblati in 20,738 clusters dopo correzione per
sovrapposizioni divisi in 19,084 singletons e 1,654 scaffolds (in
media ca. 7 kb), per un totale di 658,7 Mb
stima delle repeats 80 Mb
1,654 scaffolds assemblano 605 Mb, di questi 554 coprono 535 Mb
ancorati ai cromosomi (max 9.1 Mb - da 0 a 31.1 cM del LG15)
-
28,400 geni espressi da 255,000 ESTs
→ 23,058 TC allineano sul genoma con
90% di identità e 80% di lunghezza
-
Ca. 93% dei geni predetti si posizionano
negli scaffolds ancorati
60000
50000
# c o n ti g
- 57.386 geni predetti.
70000
40000
30000
20000
10000
0
N100
N90
N80
N70
N60
N50
2
1
negative
control
3
The apple genome: milestones in plant evolution
4
Genetica molecolare applicata - Melo
Collezione del germoplasma FEM IASMA
Distanze genetiche tra le specie di Malus e l’origine della mela coltivata
23 genes re-sequenziati
74 Malus accessioni
• 12 M. x domestica
• 10 M. sieversii
• 21 M. sylvestris
Splits-Tree (Hamming distance)
Genetica molecolare applicata - Melo
Cultivar fingerprinting
MDFiesta
MDFreedom
MDKent
MDCoxOrange
MDIngridMarie
MDDelcoros
MDJamesGrieve
MDLordLamboune
MDAmorosa
MDClivia
MDPilot
MDReanda
MDRewenda
MDBenDavis
MDLaxtonSuperba
MDMcIntosh
MDWagener
MDJanamac
MDAkane
MDWorcesterPearmain
MDny5822McIntosh
MDBmypol
MDEnterprise
MDSpartan
MDRenettaBianca
MDRenettaGrigiaGranFaje
MDCalvilla
MDBoskoop
MDJonafree
MDJonathan
MDIdared
MDRedRome
MDRomeBeauty
MDDiwa faw
MDEarlychief
MDHapke
MDJeromine
MDOregonSpur
MDStarkingDelicious
MDCatarina
MDFuiji
MDCarlaOpaca
MDStayman
MDBraeburn
MDGloster
MDCrimson Snow
MDFlorina
MDPriscilla
MDAmbrosia
MDGotha
MDGrannySmith
MDForlady
MDBoujade
MDDalinred
MDAntonovka
MDGravenstein
MDDiscovery
MDSanLugano
MDPiros
MDRenettaAnanas
MDRosmarinaBianca
MDSpitzlederer
MDNapoleone
MDDurelloDiForli
MDRosaDiCaldaro
MDSila
MDGenevaCrab
MDGoldenHornet
MDRedField
MDAnnurca
MDPioneerScarlet
MDRadiant
MDWinterGold
MDRedJade
MDVanEsentine
MDGoldenGem
MDJohnDownie
MDPearmainDorata
MDEvereste
MDPlatycarpa132478
MDDolgo
MDMelaDellaSerla
MDResista
MDSunkrisp
MDRedEarly
MDEarlyRedGold
MDGala
MDRubicon
MDRubyGala
MDInitialPajam2
MDSonya
MDSansa
MDModì
MDRubin
MDTopaz
MDRosana
MDGoldenOrange
MDElstar
MDRubens
MDElan
MDGoldenDel
MDMutsu
MDPinkGold
MDDelblush
MDGoldrush
MDRubinette
MDDoriane
MDPinkLady
MDLygol
MDPinova
MDGingerGold
MDRebella
MDPrima
MDRubinola
MDRetina
MDBrina
MDRenora
MDSummerfree
MDPri14126
MDStettino
MDBelfioreGiallo
MDSaturn
MDCoop36
MDDelgrared
MDCameo
MDPrimiera
MDAriwa
MDDelorina
MDAmbassy
MDTunda
MDEarlyGold
MDMonroe
• Sistema validato a
IASMA:
• 132 varietà
• Ca. 200 SNP sui 17
cromosomi
• 100% di distinguibilità
tra le varietà
Least difference
between cvs
Micheletti et al. unpublished
Red Del
clones
Gala clones
cv Initial (Gala
x Redfree)
GD clones
Difference between
apple clones ~
experimental error
Golden Delicious × Scarlet
IASMA mappa di riferimento
×
Golden
delicious
Scarlet
spur
• 270 individuals
• 1,571 markers
• 1,413 SNP
• 158 SSR
• Map length: 1,159.7 cM
• Average marker interval:
0.7 cM
Troggio et al. unpublished
Genetica molecolare applicata - Melo
Progetti di QTL mapping a FEM-IASMA
Mapping populations for genome anchoring and generation of consensus map
Golden Delicious x Scarlet (reference cross, 270 ind.) (Quality)
Golden Delicious x Braeburn (96 ind.) (Quality)
Golden Delicious x Freedom (300 ind.) (mapping Va -scab resistance)
Mapping populations – Projects for gene/QTL mapping (Internal +
collaborations)
Fuji x Pink Lady (96, quality, internal project)
Fuji x Delearly (96, quality, internal project)
Golden Delicious x M. hupehensis (Erwinia, internal project)
Golden Delicious x M. fusca (Erwinia, flowering biology, internal project)
Golden Delicious x M. prunifolia (Erwinia, internal project)
GoldRush x McIntosh Wicjik (Habitus, internal project)
Golden Delicious x McIntosh Wicjik (103, Habitus, internal project)
Gala x X-3191 (self-thinning, coll INRA)
Pink Lady x Idared (192, self-thinning, internal project)
Gala x Rubinette (96, Resistance, quality, internal project)
Mapping populations – collaborations
Royal Gala x Braeburn (IRTA-HortResearch-INRA)
TN x Discovery (INRA)
Gala x Elstar (INRA)
Pyrus communis Max Red Burtlett x P. pyrifolia (HortResearch)
LOD
1.5
40
1.0
20
0.5
0
0.0
Rf
Chromosome 9
GD_SNP01891
80
GD_SNP00169
GD_SNP02564
GD_SNP01646
100
GD_SNP01948
GD_SNP01771
120
GD_SNP01911
Scarlet
spur
GD_SNP00514
GD_SNP02031
GD_SNP00400
CH01f03b
GD_SNP01529
GD_SNP00337
GD_SNP01700
GD_SNP00893
GD_SNP01367
GD_SNP01706
GD_SNP00280
Golden
delicious
GD_SNP00331
GD_SNP02046
GD_SNP00109
HI23d06
GD_SNP01959
CH05c07
GD_SNP01880
GD_SNP00947
GD_SNP02014
CH01h02
GD_SNP01466
HI01d01
GD_SNP00509
GD_SNP02441
GD_SNP02100
×
LOD
Golden1/Scarlet(-)
Golden2/Scarlet(+)
Golden2/Scarlet(-)
2.0
Genotypic mean value
60
GD_SNP00332
GD_SNP01200
GD_SNP00352
GD_SNP00886
GD_SNP00766
GD_SNP00205
GD_SNP01817
GD_SNP01416
CN444542GD_SNP00659
GD_SNP01066
GD_SNP00206
GD_SNP02482
GD_SNP01596
Genetica molecolare applicata - Melo
QTL analisi per il colore della buccia
•270 F1 plants
•2-year phenotype
•705 markers
•QTL analysis
(MapQTL6, CP, IM)
3.0
Golden1/Scarlet(+)
2.5
Genetica molecolare applicata - Melo
QTL analisi per il diradamento
• La sovrapproduzione in melo è correntemente controllata attraverso i
trattamenti chimici (costosi e inquinanti)
• Le risorse genetiche per migliorare esistono
• QTL analisi su incroci come:
R. Gala x INRA X-3191
LOD
Pink Lady x Idared
Zini et al. unpublished
Chrom. 3 linkage map
Genetica molecolare applicata - Melo
Clonaggio di Co
• incrocio Golden Delicious x McIntosh Wijick
• 1,298 piante screenate (markers and fenotipo)
• Ca. 1,800 nuovi semi nel 2009, adesso in vaso
• Locus inferiore a < 1 cM, ca. 300 kb, 3-4 geni
candidati.
LG 10
600.000 bp intervallo
Breeding by design
Esempio di piramidazione di geni o QTL
Selezione Assistita da Marcatori Molecolari
n
GD
Tradizionale
x
Breeding by design
Assistito
M. floribunda
Fonte del gene
Vf, resistenza
a ticchiolatura
Ringraziamenti
FEM - Istituto Agrario di San Michele all’ Adige
Sequencing/Mapping: Silvio Salvi, Michela Troggio,
Massimo Pindo, Diego Micheletti, Giuseppina Coppola,
Fabrizio Costa, Paolo Baldi, Mickael Malnoy, Francesco
Salamini, Roberto Viola
Bioinformatics Paolo Fontana, Alessandro Cestaro, Marco Moretto,
Stefano Toppo
Annotation Claudio Moser, Giulia Malacarne, Azeddine Si-Ammour
Breeding Pierluigi Magnago, Marco Fontanari
Dep. of Plant System Biology, Gent University, Belgium
Yves Van de Peer, Jeffrey Fawcett, Lieven Sterck, Klaas Vandepoele
Roche/454
Egholm Michael, Jason Affourtit, Tim Harkins, Kodira Chinnappa
Amplicon Express
Amy Mraz, Keith Stormo, Quanzhou Tao, Robert Bogden
Myriad Genetics
Andrey Zharkikh, Alexander Gutin, Dmitry Pruss, Satish Bhatnagar, Natalia Gutin, Glenn
Eldredge, Jerry Lanchbury, Mark Skolnick, Dustin Cartwright
Washington State University – Amit Dhingra
INRA - Charles-Eric Durel, Yves Lespinasse, Pauline Lasserre
University of Western Cape, South Africa – Jasper Rees
HortResearch – Sue Gardiner, Andrew Allan, Roger Hellens, Vincent Bus, David Chagne
