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Towards isolation of the BaMMV resistance gene rym15 derived from the Japanese cultivar Chikurin Ibaraki 1
No full textDie Gelbmosaikviren BaMMV (Barley mild mosaic virus) und BaYMV (Barley yellow mosaic virus) gehören zur Gattung Bymovirus in der Familie der Potyviridae und sind die Erreger der Gerstengelbmosaikkrankheit bei Wintergerste in Europa und Asien. Da BaMMV und BaYMV über den Bodenpilz Polymyxa graminis übertragen werden, welcher über viele Jahre im Boden überleben und bei entsprechenden Umweltbedingungen die Wurzeln der Gerstenpflanzen jederzeit wieder infizieren kann, ist die Züchtung resistenter Sorten der effizienteste und umweltfreundlichste Weg, um hohe Ertragsverluste durch diese Krankheit zu verhindern.
Im Jahr 2004 wurde gezeigt, dass die BaMMV-Resistenz von Chikurin Ibaraki 1 durch ein einziges rezessives Gen namens rym15 auf Chromosom 6HS vermittelt wird. Dieses Resistenzgen wurde zuvor in einer genetischen Karte von Chikurin Ibaraki 1 × Plaisant lokalisiert. Jedoch wurde festgestellt, dass die flankierenden Marker EBmac0874 und Bmag0173 im Vergleich zu der früheren genetischen Karte von Hordeum vulgare Lina × Hordeum spontaneum Canada Park invertiert vorlagen. In der vorliegenden Studie bestand daher der erste Schritt zur Identifizierung des ursächlichen Resistenzgens in der Erstellung einer Karte mit mittlerer Auflösung des Chromosomenabschnitts, der rym15 enthält. Dazu wurde ein Satz von 522 F2-Pflanzen verwendet, die aus den beiden F2-Populationen Igri × Chikurin Ibaraki 1 (I×C, 180 Pflanzen) bzw. Chikurin Ibaraki 1 × Uschi (C×U, 342 Pflanzen) stammen, welche aus Kreuzungen verschiedener anfälliger Eltern mit dem Resistenzspender hervorgegangen sind. Die Phänotypisierungen ergaben Spaltungsverhältnisse von 250s:92r (I×C, χ2=0,659) bzw. 140s:40r (C×U, χ2 =0,741), was auf das Vorhandensein eines einzigen rezessiven Resistenzgens gegen BaMMV in Chikurin Ibaraki 1 hindeutet. Die Reihenfolge aller Marker war in beiden F2-Populationen gleich und in Übereinstimmung mit der physikalischen Karte (Morex v2 Genom-Assembly). Zwei auf SNPs (Single nucleotide polymorphisms) basierende KASP- (kompetitive allelspecific PCR) Marker mit den Bezeichnungen rym15_1 und rym15_8 wurden als neue flankierende Marker für den Ziellocus rym15 ausgewählt. Unter Verwendung dieser beiden flankierenden Marker wurden aus 2174 (I×C) bzw. 5.728 (C×U) F2-Pflanzen zwei Sätze von 139 (I×C) und 284 (C×U) RILs (rekombinante Inzuchtlinien) ausgewählt. Anschließend wurden insgesamt 32 KASP-Marker für die Sättigung des Bereiches um den Ziellocus rym15 in diesen RILs verwendet. Es wurden hochauflösende Karten erstellt, und das Zielintervall in den beiden Kreuzungen auf 0,161 cM und 0,036 cM verkleinert. Dies entspricht gemäß der Morex v3-Genomsequenz einem physischen Intervall von 11,3 Mbp in den I×C-RILs und 0,281 Mbp in den CxU-RILs.
In der Zielregion von 0,281 Mbp wurde ein Satz von sechs Genen mit hoher Signifikanz (HC) und zwei mit niedrigerer Signifikanz (LC) identifiziert. Die Blast-Analyse ergab funktionelle SNPs in zwei HC-Genen. Diese Arbeit bildet die Grundlage für die Identifizierung des Resistenzgens rym15.Barley mild mosaic virus (BaMMV) and Barley yellow mosaic virus (BaYMV), members of the genus Bymovirus in the family Potyviridae, are the causal agents for barley yellow mosaic disease in winter barley in Europe and Asia. Due to transmission of BaMMV and BaYMV via the soil-borne plasmodiophorid Polymyxa graminis, which can survive in the soil for many years, can reinfect the roots of barley plants given the suitable environmental conditions, thus breeding of resistant cultivars is the only efficient and environmentally friendly way to prevent high yield losses caused by this disease. In 2004, it was shown that the BaMMV resistance of Chikurin Ibaraki 1 is imparted by a single recessive gene named rym15 that is located on chromosome 6HS. This resistance gene was previously localized in a genetic map of Chikurin Ibaraki 1 × Plaisant, however the order of flanking markers EBmac0874 and Bmag0173 was found to be inverted compared to the previous genetic map of Hordeum vulgare Lina × Hordeum spontaneum Canada Park. Therefore, in the present study, the first step towards identifying the causal gene was to construct a medium-resolution map of the chromosome segment containing rym15. This was achieved using a set of 522 F2 plants derived from the two F2 populations Igri × Chikurin Ibaraki 1 (I×C, 180 plants) and Chikurin Ibaraki 1 × Uschi (C×U, 342 plants), respectively, derived from crosses of different susceptible parents with the resistance donor. The phenotypic results revealed segregation ratios of 250s:92r (I×C, χ2 =0.659) and 140s:40r (C×U, χ2 =0.741), suggesting the presence of a single recessive resistance gene against BaMMV in Chikurin Ibaraki 1. The order of all markers was the same in both F2 populations and in accordance with the physical map (Morex v2 genome assembly). Two single nucleotide polymorphisms (SNPs)-based competitive allele specific PCR (KASP) markers designated rym15_1 and rym15_8 were selected as new flanking markers for the target locus rym15. Using these two flanking markers, two sets of 139 (I×C) and 284 (C×U) segmental recombinant inbred lines (RILs) were selected from 2174 (I×C) and 5728 (C×U) F2-plants, respectively. Subsequently, a total of 32 KASP markers were used for marker saturation of the target locus rym15 in these RILs. High-resolution maps were constructed and the target interval was downsized to 0.161 cM and 0.036 cM in the two respective crosses, corresponding to a physical interval of 11.3 Mbp in the I×C RILs and 0.281 Mbp in the CxU RILs according to the Morex v3 genome sequence. In the target region of 0.281 Mbp, a set of six high confidence (HC) and two low confidence (LC) genes was identified. Blast analysis revealed functional SNPs in two HC genes. This work lays the foundation for gene identification of the target locus rym15
The improvement of corn yield and fresh stover weight through two mass selection techniques in dry land
Get PDFIn dieser Studie wurde untersucht, welchen Einfluss die Massenselektion durch Bestäubungssteuerung und Basisindextechniken auf den Ertrag und das Frischstrohgewicht von Mais haben und wie hoch der Anstieg des Ertrags und des Frischstrohgewichts nach sieben Massenselektionszyklen ist. Es wurden unterteilte Blöcke verwendet, um die Umwelteinflüsse während der Selektionszyklen zu reduzieren. Zur Prüfung der Selektionsergebnisse wurde ein randomisierter vollständiger Blockaufbau verwendet. Verglichen mit der Ausgangspopulation zeigten die Ergebnisse nach sieben Zyklen der Massenselektion durch Bestäubungskontrolle eine 43,46%ige Steigerung des Ertrags und eine 79,21%ige Steigerung des Frischstrohgewichts, während die Basisindextechnik eine 59,81%ige Steigerung des Ertrags und eine 103,47%ige Steigerung des Frischstrohgewichts ergab. Die Massenselektion unter Verwendung beider Techniken muss in künftigen Zyklen fortgesetzt werden, um einen höheren Ertrag und ein höheres Frischstrohgewicht zu erzielen.This study aims to determine the response of the yield and fresh stover weight of corn under mass selection by pollination control and base index techniques and to determine the increase in yield and fresh stover after seven mass selection cycles. Subdivided blocks were used to reduce the environmental effects during the selection cycles. A randomized complete block design was used to test the selection results. Compared to the initial population, the results showed a 43.46% increase in yield and a 79.21% increase in fresh stover weight after seven cycles of mass selection by pollination control, while the base index technique produced a 59.81% increase in yield and a 103.47% increase in fresh stover weight. Mass selection using the two techniques needs to be continued in future cycles to obtain a higher yield and fresh stover weight
Sulfur-enriched bone char enhances P uptake by maize in a perennial pot experiment
Get PDFPhosphor (P)-Recycling aus Schlachtabfällen, Herstellung von Knochenkohle und deren Einsatz als Dünger ist ein vielversprechender Ansatz zum Schließen von Nährstoffkreisläufen, jedoch ist die Düngewirkung der Knochenkohle noch unklar. Deshalb wurden zwei Knochenkohlen (Knochenkohle (BC) und Knochenkohleplus (BCplus; schwefelangereicherte BC)) im Vergleich zu Triplesuperphosphat (TSP) in einem mehrjährigen Gefäßversuch mit Mais als stark P-abhängiger Fruchtart getestet. Die untersuchten Düngemittel beeinflussten sowohl die Trockenmasse als auch die P-Konzentration von Mais in der Reihenfolge BCplus, TSP > BC. Die P-Aufnahme von Mais in der TSP-Variante erreichte im ersten Versuchsjahr 38 % des applizierten P und nahm in den Folgejahren stetig ab. Die P-Aufnahme in der BCplus-Variante blieb dagegen während der Versuchsdauer relativ konstant. Daraus folgt, dass der Recycling-P-Dünger BCplus eine ausreichende P-Verfügbarkeit für Nutzpflanzen langfristig aufrechterhalten kann.Recycling of phosphorus (P) from slaughterhouse waste, production of bone char (BC) and its use as fertilizer is a promising approach to close nutrient cycles but the fertilizer value of BC is not sufficiently clear. Therefore, two BCs (BC and sulfur-enriched BC (BCplus)) were tested in comparison with highly water-soluble triple superphosphate (TSP) in a perennial pot experiment with maize as test plant with high P-requirement. The fertilizers affected both the dry matter yields, and the P concentration of maize in the general order BCplus, TSP > BC. The P uptake of maize in the TSP treatment accounted for 38% of the applied P in the first experimental year and decreased subsequently. By contrast, the P uptake in the BCplus treatment remained quite stable over time. In conclusion, the sulfur-enriched BCplus is able to maintain sufficient P availability to crops in the medium term and can be recommended as fertilizer
Exogenous application of RNA for the eco-friendly control of insect pests
Get PDFIn Anbetracht der hohen gesellschaftlichen Forderungen nach nachhaltigen und umweltschonenden Pflanzenschutzverfahren, stellt das Sprühen von RNA-basierten Wirkstoffen eine innovative und vielversprechende Alternative zu konventionellen chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmitteln dar. Dabei vermitteln die sequenzspezifischen und somit maßgeschneiderten RNAs nicht nur eine hohe Selektivität, sondern lassen sich zudem sehr schnell adaptieren. Dadurch sind sie, verglichen mit der langwierigen, herkömmlichen Wirkstoffentwicklung, schneller verfügbar. Trotz der vielfältigen Vorteile und des dringenden Bedarfs an Alternativen, stehen wir erst am Anfang des Transfers von RNA Sprays ins Freiland. Hier diskutieren wir die damit verknüpften wissenschaftlich-technischen, gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen. Zudem zeigen wir die offenen Forschungsfragen auf, die es zu adressieren gilt, um RNA-basierte Pflanzenschutzmittel zeitnah zu etablieren. Zuletzt führen wir aktuelle Beispiele zu innovativen Lösungsansätzen aus der Forschung an, die die Weiterentwicklung von RNA Sprays für die Kontrolle von Schadinsekten in der Pflanzenproduktion zum Ziel haben. Teile dieses Artikels wurden bereits in einem breiter angelegten englischsprachigen Übersichtsartikel (Rank & Koch 2021) dargestellt und werden hier in einen detaillierteren Kontext eingebettet. Durch die Übersetzung ins Deutsche sollen sie zudem einem erweiterten Leserkreis zugänglich gemacht werden.Under the perspective of high social demands for sustainable and environmentally friendly crop protection, RNA sprays represent an innovative and promising alternative to conventional synthetic pesticides. Due to sequence specificity, custom-made RNAs not only provide high selectivity but can also be easily adapted to target different species. Consequently, they can be available more quickly compared to the time-consuming development of conventional synthetic pesticides. Despite the multiple benefits and the desperate need for alternatives, field application of RNA sprays is still in its infancy. Here, we discuss the challenges resulting from scientific-technical, social and economic demands. In addition, we identify open research questions that need to be addressed to establish RNAi-based products in a timely manner. Moreover, we highlight recent examples of innovative solutions, which could inspire further optimization of RNA sprays for the control of insect pests in the field. Parts of this article have already been presented in a broader review article (Rank & Koch 2021) and are embedded here into a more detailed context. The presentation in German should also make them accessible to a broader readership
Prospection and identification of traditional-heritage Peruvian grapevine cultivars (Vitis vinifera L.) from Ica and Cañete valleys
Get PDFInterest in ancient and autochthonous cultivars has increased in recent years since they are directly related to the historical and cultural values of a region. Ica and Cañete valleys (Peru) have a long history of grapevine cultivation and the aim of this study was to identify phenotypes corresponding to the most used varieties for the local production of Pisco and wine. The 29 samples were collected in 17 vineyards in the Ica and Cañete valleys, and were analyzed using 20 molecular markers and 5 morphological descriptors according to the OIV. Results showed that the 29 collected samples corresponded to 11 genotypes: seven traditional cultivars and four unknown genotypes not registered previously. The known cultivars were \u27Muscat of Alexandria\u27, \u27Listán Prieto\u27, \u27Quebranta\u27, \u27Moscatel Rosado\u27, \u27Pedro Giménez\u27, \u27Muscat Hamburg\u27 and \u27Palomino Fino\u27. The four not registered genotypes are locally known as \u27Mollar de Ica\u27, \u27Moscatel Rosada de Cañete\u27, \u27Prieta Mollar\u27 and \u27Torontel\u27. All of them correspond to offspring of traditional-heritage Peruvian cultivars. We also found a phenotypic variation of \u27Listán Prieto\u27 with muscat flavor and identified phenotypic berry color variations in \u27Quebranta\u27. This study increases the knowledge of traditional Peruvian grape varieties and highlight the genetic variability preserved in the traditional vineyards of local producers
Status and probability of occurrence of grey mold on preharvest and postharvest grapes in Maharashtra, India
Get PDF\u27Research Note\u2
Improved salt tolerance by α-tocopherol in soybean involves up-regulation of ascorbate-glutathione cycle and secondary metabolites
Get PDFThe effects of α-tocopherol on growth, photosynthesis, oxidative parameters, and tolerance mechanisms in soybean under increased salinity were studied. Salinity stress reduced shoot length, dry weight, chlorophyll and carotenoids, photosynthesis, and PSII activity; however, α-tocopherol mitigated the decline considerably. Salinity stress caused accumulation of superoxide (O2-) hydrogen peroxide (H2O2), thereby increased lipid peroxidation and decreased membrane stability index. Application of α-tocopherol ameliorated oxidative damage by reducing lipid peroxidation and downregulating lipoxygenase activity. The up-regulation of antioxidant and glyoxylase systems protected soybean from the damaging effects of ROS and methylglyoxal. Moreover the content of ascorbate, reduced glutathione and α-tocopherol increased significantly. The activity of γ-glutamyl kinase also increased due to application of α-tocopherol and accumulation of Na+ was significantly declined with enhancement in K+ uptake. Therefore results of present study revealed the beneficial effect of foliar application of α-tocopherol under salinity stress in soybean
Induced mutations for studying Mendelian inheritance
Get PDFSämtliche genetische Variation resultiert aus Mutationen. Die Mutationsraten können durch Bestrahlung oder chemische Behandlung um mehrere Größenordnungen erhöht werden. Die Genom-Editierung bietet neue Perspektiven für die Mutationsinduktion, da erstmals Zielsequenzen auch innerhalb großer Pflanzengenome präzise anvisiert werden können. Im weitesten Sinne sind auch Transgene, die mit gentechnischen Verfahren in ein Genom eingeschleust wurden, Mutationen, die zu neuer genetischer Variation führen. Alle Einzelgen-Mutationen nach Genom-Editierung, Transgenese oder chemischer Mutagenese werden nach den Mendelschen Regeln vererbt. Die Nachkommen können phänotypisch in diskrete Klassen eingeteilt werden, während polygene Vererbung zu kontinuierlicher Variation führt. Aber aufgrund genomweiter Studien ist eine derartige Einteilung nicht mehr gerechtfertigt. Knockout-Mutationen einzelner Gene können auf eine nicht-mendelnde Weise vererbt werden, vor allem, wenn Gene mutagen verändert werden, die für Transkriptionsfaktoren kodieren. Sogar klassische Mendel-Merkmale werden nach heutiger Kenntnis heute von zahlreichen Genen kontrolliert. Daher sollte die Mendelsche Genetik auf die genetische Variation beschränkt werden, während die phänotypische Variation als polygen angesehen werden sollte.All genetic variation results from mutations. Orders of magnitude can increase mutation rates by applying irradiation or chemical treatment. Genome editing offers new perspectives for mutation induction because mutation sites can be precisely targeted even within large plant genomes for the first time. Generally, transgenes after genetic engineering also result in new genetic variation. All single-gene mutations after genome editing, transgenesis, or chemical mutagenesis are inherited according to the Mendelian rules. Thus, offspring can be phenotypically classified into discrete classes, whereas polygenic inheritance results in continuous variation. However, genome-wide studies have blurred the boundaries between the two in recent years. Single-gene knockout mutations can be inherited non-Mendelian, mainly if transcription factor genes are targeted. Even classical Mendelian traits are now believed to be controlled by numerous genes. Therefore, Mendelian genetics should be limited to genetic variation, whereas phenotypic variation should be considered polygenic