Association analysis of agronomical traits and SSR loci of wheat

Asocijativno mapiranje predstavlja relativno nov i perspektivan metod za rasvetljavanje genetičke osnove kompleksnih osobina. Zasniva se na korišćenju prirodnog genetičkog diverziteta i rekombinacija nastalih tokom evolucije određene biljne vrste, kako bi se detektovao broj i položaj gena koji determinišu osobinu od agronomskog značaja. Asocijativna analiza je izgrađena na konceptu gametske neravnoteže, odnosno neslučajnog vezanog nasleđivanja alela dva lokusa. Prednost ovog metoda u odnosu na tradicionalno mapiranje, bazirano na primeni mapirajućih populacija nastalih ukrštanjem dva genetički divergentna roditelja, jeste veća rezolucija mapiranja jer se pri analizi koristi materijal koji karakteriše veća polimorfnost alela i veći broj rekombinacija. Pored toga, ova metoda je i ekonomičnija jer nije potrebno dodatno vreme za stvaranje mapirajuće populacije. U radu je primenom seta od trideset jednog mikrosatelitskog markera izvršena molekularna evaluacija 282 genotipa pšenice, koji predstavljaju deo genetičke kolekcije Instituta za ratarstvo i povrtarstvo u Novom Sadu i poreklom su iz dvadeset šest zemalja sveta. Pored toga, analizirani su i podaci fenotipske evaluacije za navedeni materijal, koji su prikupljeni tokom pet vegetacionih sezona, od 1995. do 1999. godine, na lokalitetu Rimski Šančevi i to za sledećih jedanaest agronomski značajnih osobina: visina stabljike, dužina klasa, vreme klasanja i cvetanja, masa klasa, broj klasića po klasu, broj sterilnih klasića po klasu, masa zrna po klasu, broj zrna po klasu, masa 1000 zrna i prinos. Na osnovu podataka molekularne i fenotipske evaluacije odabranog materijala, izvršena je asocijativna analiza između navedenih agronomski važnih osobina i ispitivanih mikrosatelitskih lokusa. Ustanovljeno je ukupno 112 statistički značajnih veza marker-osobina, koje su bile zajedničke za opšti i mešoviti linearni model. Dva lokusa sa hromozoma 2AS, Xbarc212 i Xwmc177 bila su u vezi sa najvećim brojem agronomski značajnih osobina. Xbarc212 bio je u vezi sa vremenom klasanja, vremenom cvetanja i brojem klasića po klasu. U okviru ovog lokusa alel od 215 bp determinisao je kasnije sazrevanje i veći broj klasića po klasu, dok je alel od 219 bp imao suprotan efekat na navedene osobine. Za mikrosatelitski marker WMC177 ustanovljena je asocijacija sa dužinom klasa, brojem klasića po klasu, brojem sterilnih klasića po klasu, masom klasa i masom zrna po klasu. Alel od 177 bp, detektovan u ovom lokusu, imao je pozitivan efekat na navedene osobine. Pored toga, markeri WMC24 (1A), GWM261 (2D), BARC12 (3A), WMC238 (4B), WMC553 (6A) i GWM297 (7B), su takođe bili u asocijaciji sa određenim osobinama ispitivanim u ovom radu, te se mogu koristiti pri marker asistiranoj selekciji u našem agroklimatskom regionu.Association mapping is relatively new and perspective method for genetic dissection of complex traits. Here, detection of number and location of genes for some agronomically important traits relies on occurring variation in diverse germplasm and on historical recombination events within some plant species. Association analysis is built on the basis of linkage disequilibrium concept, which is defined as the non-random co-segregation of alleles at two loci. The advantage of association mapping, compared with traditional quantitative trait mapping, based on mapping populations, is a relatively detailed mapping resolution. Besides that, this method is far less time consuming since no mapping populations need to be generated. In this paper, thirty one microsatellite loci were used for molecular evaluation of 282 wheat genotypes originated from twenty six countries across five continents. These genotypes are part of core collection of Institute of Field and Vegetable Crops Novi Sad. Phenotypic data for eleven agronomically important traits (height, spike length, heading, flowering, spike weight, number of spikelets per spike, number of sterile spikelets per spike, grain weight per spike, number of grains per spike, thousand kernel weight and grain yield) of this germplasm were collected during five growing seasons, from 1995 to 1999 at locality Rimski Sancevi. According to association analysis based on data of molecular and phenotipic evaluation, 112 statistically significant associations were detected. These associations were common for general and mixed linear model. Two microsatellite loci from 2AS chromosome, Xbarc212 and Xwmc177 were associated with the greatest number of agronomically important traits. Xbarc212 was associated with heading, flowering and number of spikelets per spike. Within this locus allele of 215 bp contributed to later maturity and more spikelets per spike than allele of 219 bp. SSR marker WMC177 was associated with spike length, number of spikelets per spike, number of sterile spikelets per spike, spike weight and grain weight per spike, where allele of 177 bp had positive effect on all listed traits. Besides that, markers WMC24 (1A), GWM261 (2D), BARC12 (3A), WMC238 (4B), WMC553 (6A) and GWM297 (7B) were also associated with some of traits analysed in this paper and could be used for marker assisted selection in our agro-climate region.Doktorska disertacija je odbranjena 2015. godine na Poljoprivrednom fakultetu Univerziteta u Beogradu