Advanced Backcross QTL analysis and genetic study of an introgressed powdery-mildew resistance gene derived from Avena macrostachya in oat (Avena sativa)

Abstract

Anhand einer BC2F2-Rückkreuzungspopulation aus 98 Linien der Kreuzung 'Iltis' x IAH611-447 wurde eine AB-QTL-Analyse vorgenommen. Bei der Phänotypisierung an 3 Standorten über zwei Jahre wurden die 11 wichtigsten agronomischen Merkmale der BC2F2:5 und BC2F2:6 erfasst und für die QTL-Analyse verrechnet. Insgesamt wurden 144 Mikrosatellitenmarker und 256 AFLP auf Spaltung in der Population geprüft. In der BC2F2 spalteten 110 Marker, die in eine Karte aus 12 Kopplungsgruppen und 455cM Gesamtlänge kartiert wurden. Mit Hilfe der sogenannten Simple-Interval-Mapping-Methode wurden für jedes Merkmal 2 bis 9 signifikante QTLs detektiert, die zu 61% an mindestens zwei Umwelten statistisch nachgewiesen waren. Für den β-Glucangehalt wurden 4 QTLs detektiert, die alle mit positiven Allelen vom Donor für hohen β-Glucangehalt IAH611-447 verbunden sind und 11,9% bis 44,2% der phänotypischen Varianz erklären. In der vorliegenden Arbeit wurde die Mehltauresistenz aus A. macrostachya genetisch analysiert, wofür dem Autor zwei Introgressionslinien der Kreuzung (A. magna x A. macrostachya) x A. sativa als Ausgangsmaterial zur Verfügung standen. Die Mehltauresistenz wurde an den F1, F2, F2:3 und BC1 aus Kreuzungen der Introgressionslinien mit mehltauanfälligen Sorten geprüft. Die Spaltungsergebnisse belegen einen monogen-dominanten Erbgang der Mehltauresistenz aus A. macrostachya. Das putative Gen wurde in Fortsetzung der internationalen Nomenklatur mit Eg5 benannt. Bei der molekularen Analyse wurden der Mikrosatellitenmarker AM102 sowie 20 AFLP mit enger Kopplung zur Resistenz gefunden. Von 8 AFLP konnten ein kodominanter und drei dominante STS mit enger Kopplung zur Mehltauresistenz abgeleitet werden. Der Mikrosatellitenmarker AM102 konnte unter Nutzung der Kartierungspopulation 'Kanota' x 'Ogle' in der Kopplungsgruppe KO-22_44+18 mit einer genetischen Distanz von 1 cM zum RFLP cdo419 und 3 cM zu cdo484a kartiert werden. Mit den eng zur Resistenz gekoppelten PCR-gestützten Markern wurde erstmalig bei Hafer der Weg für eine markergestützte Selektion auf Mehltauresistenz bereitet.

AB-QTL analysis was performed in a BC2F2 population consisting of 98 lines derived from a cross of 'Iltis' x IAH611-447. A total of 144 oat SSR primer pairs and 256 AFLP selective prime pair combinations were examined for segregation. Phenotypic data of 11 traits from BC2F2:5 and BC2F2:6 lines at three locations in two years were evaluated for QTL identification. 110 loci were characterized on the 98 lines of a BC2F2 population, resulting a map of 455cM with 12 linkage groups. Significant QTLs were detected for all 11 traits by simple interval mapping (SIM) method, ranging from 2 to 9 QTLs/trait. Most QTLs (67%) were detected in at least 2 environments. 4 QTLs were detected to be significant associated with β-glucan content. All the 4 QTLs associated with β-glucan content have favorable alleles from the donor parent IAH611-447, explaining the phenotypic variation from 11.9% to 44.2%. Genetic analysis of powdery mildew resistance gene derived from A. macrostachya CAV5264 was performed using several segregating populations of crosses with two resistant introgression lines. The results revealed that the resistance is controlled by a dominant gene, tentatively designated Eg5. One codominant simple sequence repeat (SSR) marker and 4 AFLP-derived PCR-based markers were found to be tightly linked with the resistance gene in both segregating populations. Comparative mapping was conducted using 71 recombinant inbred lines from the reference 'Kanota' x 'Ogle' mapping population. The linked SSR marker AM102 was mapped on the KO-22_44+18 linkage group, with a genetic distance of 1 cM to RFLP marker cdo419, and 3 cM to cdo484a.