Opracowanie multiplex PCR do detekcji genów odporności Lr21 i Pm4b w pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.)



Abstrakt

Rdza brunatna powodowana przez grzyb Puccinia triticina oraz mączniaka prawdziwego Blumeria graminis są jednymi z najgroźniejszych chorób pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.). Najskuteczniejszą metodą kontrolowania i ograniczania skutków wywołanych przez te patogeny jest wprowadzanie do uprawy odmian charakteryzujących się zwiększoną odpornością. Celem prezentowanych badań była identyfikacja genów odporności na rdzę brunatną – Lr21 oraz mączniaka prawdziwego – Pm4b w polskich odmianach pszenicy zwyczajnej oraz opracowanie warunków multiplex PCR w celu jednoczesnej identyfikacji tych genów. Przedmiotem badań było 30 polskich odmian pszenicy zwyczajnej. Wyizolowane DNA zostało poddane jednoczesnej amplifikacji ze starterami specyficznymi dla obu analizowanych genów. Wykazano, że opracowane warunki multiplex PCR umożliwiają jednoczesną identyfikację genów Lr21 i Pm4b. Multiplex PCR może być wykorzystany w hodowli odpornościowej pszenicy zwyczajnej wspomaganej markerami do identyfikacji tych genów.


Słowa kluczowe

pszenica zwyczajna; multiplex PCR; mączniak prawdziwy; rdza brunatna; geny odporności

Arlorio M., Coisson J., Cereti E., Travaglia F., Papasso M., Martelli A., 2003. Polymerase chain reaction (PCR) of puroindoline b and ribosomal/puroindoline b multiplex PCR for the detection of common wheat (Triticum aestivum) in Italian pasta. Eur. Food Res. Technol. 216, 253–258.

Bartoš P., Suchliková E., Hanušová R., 1990. Stem and leaf rust resistance of foreign wheat culti-vars from czechoslovak state yield trials. Genet Šlecht. 26(1), 1–6.

Bennett F.G.A., 1984. Resistance to powdery mildew in wheat: a review of its use in agriculture and breeding programmes. Plant Pathol. 33, 279–300.

Buerstmayr M., Matiasch L., Mascher F., Vida G., Ittu M., Robert O., Holdgate S., Flath K., Neumayer A., Buerstmay H., 2014. Mapping of quantitative adult plant field resistance to leaf rust and stripe rust in two European winter wheat populations reveals co location of three QTL conferring resistance to both rust pathogens. Theor. Appl. Genet. 127, 2011–2028.

Collard B.C.Y., Mackill D.J., 2008. Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Phil. Trans. Roy. Soc. B 363, 557–572.

Doyle J.J., Doyle J.L., 1987. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem. Bull. 19,11–15.

Elnifro E.M., Ashshi A.M., Cooper R.J., Klapper P.E., 2000. Multiplex PCR: optimization and application in diagnostic virology. Clin. Microbiol. Rev. 13(4), 559–70.

Feuillet C., Keller B., 1998. Molecular aspects of biotic stress resistance in wheat. Proc. of the 9th Int. Wheat Genet. Symp., Saskatoon, Sakatchewan, Canada, Oral Presentations 1, 171–177.

Fraaije B.A., Lovell D.J., Coelho J.M., Baldwin S., Hollomon D.W., 2001. PCR-based assays to assess wheat varietal resistance to blotch (Septoria tritici and Stagonospora nodorum) and rust (Puccinia striiformis and Puccinia recondita) diseases. Eur. J. Plant Pathol. 107(9), 905–917.

Froidmont de D., 1998. A co-dominant marker for the 1BL/1RS wheat-rye translocation via mul-tiplex PCR. J. Cereal Sci. 27, 229–232.

Fu Y.B., Peterson G.W., McCallum B.D., Huang L., 2010. Population-based resequencing analysis of improved wheat germplasm at wheat leaf rust resistance locus Lr21. Theor. Appl. Genet. J. 121(2), 271–81.

Hao Y., Parks R., Cowger C., Chen Z., Wang Y., Bland D., Murphy J.P., Guedira M., Brown-Guedira G., Johnson J., 2015. Molecular characterization of a new powdery mildew resistance gene Pm54 in soft red winter wheat. Theor. Appl. Genet. 128,465–476.

Hayden M.J., Nguyen T.M., Waterman A., Chalmers K.J., 2008. Multiplex-ready PCR: a new method for multiplexed SSR and SNP genotyping. BMC Genomics 9, 80.

Huang L., Gill B.S., 2001. An RGA-like marker detects all known Lr21 leaf rust resistance gene family members in Aegilops tauschii and wheat. Theor. Appl. Genet. 103, 1007–1013.

Huang L., Brooks S.A., Li W., Fellers J.P., Trick H.N., Gill B.S., 2003. Map-based cloning of leaf rust resistance gene Lr21 from the large and polyploid genome of bread wheat. Genetics 164(2), 655–64.

Kowalczyk K., Gruszecka D., Nowak M., Leśniowska-Nowak J., 2011. Resistance of triticale hybrids with Pm4b and Pm6 genes to powdery mildew. Acta Biol. Cracov., ser. Botanica 53(1), 57–62.

Kowalczyk K., Hsam S.L.K., Zeller F.J., 1998: Identification of powdery mildew resistance genes in common wheat (Triticum aestivum L. em. Thell.). XI. Cultivars grown in Poland. J. Appl. Genet. 39, 225–236.

Kowalczyk K., Okoń S., Nowak M., Leśniowska-Nowak J., 2012. Using of DNA markers for selection of common wheat in Polish breeding programmes. EWAC Newsletter, Proc. of the 15th Int. EWAC Conf., Novi Sad, Serbia, 59–62.

Marais G.F., McCallum B., Marais A.S., 2008. Wheat leaf rust resistance gene Lr59 derived from Aegilops peregrina. Plant Breed. 127, 340–345.

McIntosh R.A., 1998. Breeding wheat for resistance to biotic stresses. Euphytica 100, 19–34.

McIntosh R.A., Wellings C.R. Park R.F., 1995. Wheat rusts an atlas of resistance genes. CSIRO, Kluwer Academic Publishers, Boston.

Mebrate S.A., Oerke E.C., Dehne H.W., Pillen K., 2008. Mapping of the leaf rust resistance gene Lr38 on wheat chromosome arm 6DL using SSR markers. Euphytica 162(3), 457–466.

Neelam K., Brown-Guedira G., Huang Li., 2013. Development and validation of a breeder-friendly KASPar marker for wheat leaf rust resistance locus Lr21. Mol. Breed. 31(1), 233–237.

Peusha H., Enno T., Priilinn O., 2000. Chromosomal location of powdery mildew resistance genes and cytogenetic analysis of meiosis in common wheat cultivar Meri. Hereditas 132(1), 29–34.

Rong J.K., Millet E., Manisterski J., Feldman M., 2000. A new powdery mildew resistance gene: Introgression from wild emmer into common wheat and RFLP-based mapping. Euphytica 115, 121–126.

Rosewarne G.M., Li Z.F., Singh R.P., Yang E.N., Herrera-Foessel S.A. Huerta-Espino J., 2015. Different QTLs are associated with leaf rust resistance in wheat between China and Mexico. Mol. Breed. 35, 127–138.

Rosewarne G.M., Singh R.P., Huerta-Espino J., Herrera-Foessel S.A., Forrest K.L., Hayden M.J., Rebetzke G.J., 2012. Analysis of leaf and stripe rust severities reveals pathotype changes and multiple minor QTLs associated with resistance in an Avocet × Pastor wheat population. Theor. Appl. Genet. 124, 1283–1294.

Silva P., Calvo-Salazar V., Condon F., Quincke M., Pritsch C., Gutiérrez L., Castro A., Herrera-Foessel S., von Zitzewitz J., Germán S., 2015. Effects and interactions of genes Lr34, Lr68 and Sr2 on wheat leaf rust adult plant resistance in Uruguay. Euphytica 204, 599–608.

Sumíková T., Hanzalová A., 2010. Multiplex PCR assay to detect rust resistance genes Lr26 and Lr37 in wheat. Czech J. Genet. Plant Breed. 46 (2), 85–89.

Wiśniewska H., Kowalczyk K., 2005. Resistance of cultivars and breeding lines of spring wheat of Fusarium culmorum and powdery mildew. J. Appl. Genet. 46(1), 35–40.

Woźniak-Strzembicka A., Gajda Z., 1995. Struktura populacji rdzy brunatnej pszenicy (Puccinia recondita f. sp. tritici) w Polsce. Biul. IHAR 194, 183–187.

Xu L., Ensor V., Gossain S., Nye K., Hawkey P., 2005. Rapid and simple detection of bla CTX−M genes by multiplex PCR assay. J. Med. Microbiol. 54, 1183–1187.

Yi Y., Li R., Xu H., Wu H., Li S., Zhang J., Yin Y., 2013. Identification of SRAP and RGA mark-ers linked to powdery mildew (Blumeria graminis) resistance gene PmZB90 in common wheat. AJCS 7(3), 454–459.

Yi Y.J., Liu H.Y., Huang X.Q., Wang F., Wang X.L., 2008. Development of molecular markers linked to the wheat powdery mildew resistance gene Pm4b and marker validation for molecular breeding. Plant Breed. 127, 116–120.
Pobierz

Opublikowane : 2015-09-25


GOGÓŁ, A., LEŚNIOWSKA-NOWAK, J., NOWAK, M., OKOŃ, S., & KOWALCZYK, K. (2015). Opracowanie multiplex PCR do detekcji genów odporności Lr21 i Pm4b w pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.). Agronomy Science, 70(3), 21-30. Pobrano z https://www.czasopisma.up.lublin.pl/index.php/as/article/view/570

ALEKSANDRA GOGÓŁ  aleksandra.gogol@up.lublin.pl
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15  Polska
JUSTYNA LEŚNIOWSKA-NOWAK 
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15  Polska
MICHAŁ NOWAK 
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin  Polska
SYLWIA OKOŃ 
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin  Polska
KRZYSZTOF KOWALCZYK 
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin  Polska



Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY-NC-ND 4.0 – uznanie autorstwa, użycie niekomercyjne, bez utworów zależnych.
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej, nie jest rozpatrywany do publikacji w innych wydawnictwach.

Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła i wkładzie poszczególnych osób.