Genetisk opdagelse endnu et værktøj i kampen mod hvedeskadedyr

Greenbug og Hessian flueangreb kan betydeligt reducere hvedeudbyttet og kvaliteten i Texas og på verdensplan. Opdræt for resistens over for disse to skadedyr ved hjælp af markør-assisteret udvælgelse har netop fået et nyt værktøj fra en Texas A&M AgriLife Research-undersøgelse.

Fordi genetik er den mest økonomiske strategi til at minimere tab, AgriLife Research hvedegenetikeren Dr. Shuyu Liu begyndte for to år siden at søge efter opdrættervenlige markører for disse to insekter. Dette trin er en fortsættelse af det igangværende genetiske arbejde med insektresistens.

Gennem årene, en række greenbug-resistensgener er blevet identificeret i hvede og dens slægtninge baseret på deres forskellige reaktioner på forskellige biotyper, som spænder fra A til K. Der er også 18 hessiske fluebiotyper, og fordi det har evnen til at overvinde resistensgener, der er indsat i hvedekultivarer gennem mutationer, det er nødvendigt at identificere og udnytte resistensgener fra forskellige kilder til hvedeavl.

Forskere bruger genetiske markører til at identificere områder, hvor specifikke gener kan findes på en bestemt plante. Liu har identificeret kvartererne eller markørerne for et gen, der tilbyder greenbug-resistens, Gb7, og et gen, der giver hessisk fluemodstand, H32, i hvede.

Lius arbejde blev for nylig offentliggjort i Theoretical and Applied Genetics Journal of Plant Breeding Research , beskriver udviklingen af ​​den kompetitive allelspecifikke polymerasekædereaktion eller KASP-assays for begge gener.

Sammen med Liu på publikationen var AgriLife Research-hvede-teammedlemmer Drs. Jackie Rudd, Amarillo, og Amir Ibrahim, College Station, begge hvedeavlere; Dr. Qingwu Xue, afgrødestressfysiolog; Dr. Chor Tee Tan, en associeret forsker; samt andre studerende og ansatte i Amarillo.

Begge gener blev identificeret gennem tidligere forskning, og sammenkædede markører for dem blev kortlagt, men detektionsmetoderne var ikke velegnede til markør-assisteret selektion til evaluering af tusindvis af planter, sagde Liu.

Han sagde, at det at kende en adresse ikke betyder, at nogen ved, hvor i byen man skal begynde at lede efter den. Men ved at udvikle enkelt nukleotid polymorfi, eller SNP'er, som omfatter flankerende markører tæt forbundet og placeret på kromosomer, genetikere er i stand til at give opdrættere kvarteret til at søge.

SNP'er konverteres derefter til KASP-assays, som anses for opdrættervenlige, fordi de er nemmere at bruge, hurtigere og mere præcis, han sagde.

Effektive molekylære markører, der er tæt knyttet til målgenerne, er nøglen til succesen med markør-assisteret selektion på egenskaber såsom greenbug og hessisk flueresistens, sagde Liu. For eksempel, en opdrætter vil typisk screene 1, 000-vis af avlslinjer, og KASP'en fungerer som et flag for at sige, at de nødvendige gener for en bestemt egenskab findes i en bestemt linje.

Gennem Lius arbejde, begge gener kan nu nemt overføres til en ny hvedelinje gennem markør-assisteret selektion.

Liu sagde, at Gb7 og H32 begge findes i en syntetisk hvede, W7984, som er en forældrelinje for en kortlægningspopulation, som hvedeforskere bruger verden over. Syntetiske hveder er menneskeskabte krydsninger mellem durum- eller pasta-hvede og Aegilops tauschii. Disse indledende krydsninger giver adgang til gener fra de vilde slægtninge af hvede, dermed øge brugbar genetisk diversitet for avlere for at forbedre vinterhvedesorter.

Kortlægningspopulationen blev udviklet for mere end 10 år siden af ​​International Triticum Mapping Initiative, men ingen af ​​disse gener er blevet brugt til resistens i avlsprogrammer til dette punkt, han sagde.

"Grunden til, at jeg tror, ​​de ikke blev brugt, er, at de var i en syntetisk linje, og det krævede mere indsats at overføre dem til adaptive hvedelinjer, " sagde han. "Det, vi har gjort med KASP-markøren, er at gøre dem nemmere at finde og bruge."

For eksempel, TAM 114, en nyere, stadig mere populær sort af Texas A&M hvede, har ikke resistens mod greenbug og har kun begrænset modstandsdygtighed over for hessisk flue, sagde Liu.

"Men med denne nye viden, opdrættere kan krydse med TAM 114 og bevare dens overlegne slutbrugskvalitet og forbedre den med Gb7- og H32-generne, " sagde han. "Dette vil gøre den nye linje mere tilpasningsdygtig til de regioner, hvor hessisk flue er et problem."

Ved at krydse hvedelinjer med de identificerede KASP-markører, processen med at udvikle den rene linje med udvalgte egenskaber kan være meget mere nøjagtig, sagde Liu.

Liu sagde, at han begyndte at søge efter disse markører, fordi TAM-avlsprogrammet har gjort stor brug af syntetisk kimplasma, så markørerne hurtigt vil blive implementeret.

For at komme til dette punkt, Liu brugte genotype-for-sekventeringsmarkører udviklet af andre forskningsgrupper, og i sidste ende blev KASP-markørerne valideret ved hjælp af sættet af syntetiske hvedelinjer. Hver linje af denne kortlægningspopulation blev screenet for reaktioner fra greenbug og hessian fly af to US Department of Agriculture Agricultural Research Service-centre.

"Vi har fastslået, at de er meget effektive under mange genetiske baggrunde, " sagde han. "Genetisk mangfoldighed og genetiske gevinster er altid vigtige for hvedeavlere."