Eine DArT-Plattform für quantitative Bulk-Segregation-Analyse

HINTERGRUND: Die Bulk-Segration-Analyse (BSA) identifiziert molekulare Marker, die mit einem Phänotyp assoziiert sind, indem zwei DNA-Pools phänotypisch unterschiedlicher Pflanzen auf Marker mit verzerrten Allelfrequenzen überprüft werden. Im Gegensatz zu gel-basierten Markern erzeugen hybridisierungsbasierte Marker wie SFP, DArT oder SNP quantitative Schätzungen der Allelfrequenzen. Nur DArT kombiniert jedoch diesen Vorteil mit niedrigen Entwicklungs- und Testkosten sowie der Fähigkeit, für jede Pflanzenart unabhängig von ihrem Ploidie-Niveau eingesetzt zu werden. Hier untersuchen wir die Eignung von DArT für BSA-Anwendungen am Beispiel eines Gerstenarrays. ERGEBNISSE: In einem ersten Testexperiment verglichen wir zwei Bulk-Mischungen aus 40 Steptoe/Morex DH-Pflanzen mit kontrastierenden pubeszenten Blättern (mPub) Allelen auf Chromosom 3H. Bei optimierten experimentellen Replikationsniveaus und Marker-Auswahl-Schwellenwert identifizierte der BSA-Scan 433 polymorphe Marker. Der relative Hybridisierungs-Kontrast zwischen den Bulks spiegelte genau den Unterschied in der Frequenz des mPub-Allels zwischen den Bulks wider (r = 0.96). Der 'Plattformrauschen' der DArT-Analysen, geschätzt durch den Vergleich zweier identischer Aliquote einer DNA-Mischung, war signifikant niedriger als das 'Pooling-Rauschen', das die binomiale Stichprobenvarianz des Bulk-Prozesses widerspiegelt. Der Unterschied in der Allelfrequenz auf Chromosom 3H nahm in der Nähe von mPub zu und erreichte einen Höhepunkt am Marker mit der kleinsten Distanz zu mPub (4.6 cM). In einem Validierungsexperiment mit nur 20 Pflanzen pro Bulk identifizierten wir ein Aluminium (Al)-Toleranz-Lokus in einer Dayton/Zhepi2 DH-Population auf Chromosom 4H mit < 0.8 cM Präzision, derselbe Al-Toleranz-Lokus, der zuvor in anderen Gerstenpopulationen kartiert worden war. SCHLUSSFOLGERUNG: DArT-BSA identifiziert genetische Loci, die phänotypische Merkmale in Gerste mit mindestens 5 cM Genauigkeit beeinflussen und sollte sich als nützliche allgemeine Methode für hochdurchsatz, quantitative BSA in Pflanzen unabhängig von ihrem Ploidie-Niveau erweisen.