Bolzano Velasco
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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
