Maize is one of the most important food and feed crops in the world including Southeast Asia. In spite of numberous efforts with conventional breeding, the maize productions remain low and the loss of yields by drought and downy mildew are still severe in Asia. Genetic improvement of maize has been performed with molecular marker and genetic engineering. Because maize is one of the most widely studied crop for its own genome and has tremendous diversity and variant, maize is considered as a forefront crop in development and estimation of molecular markers for agricultural useful trait in genetics and breeding. Using QTL (Quantitative Trait Loci) and MAS (Marker Assisted Breeding), molecular breeders are able to accelerate the development of drought tolerance or downy mildew resistance maize genotype. The present paper overviews QTL/MAS approaches towards improvement of maize production against drought and downy mildew. We also discuss here the trends and importance of molecular marker and mapping population in maize breeding.
Next generation sequencing (NGS) technologies have led to the rapid accumulation of genome sequences through whole-genome sequencing and re-sequencing of crop species. Genomic resources provide the opportunity for a new revolution in plant breeding by facilitating the dissection of complex traits. Among vegetable crops, reference genomes have been sequenced and assembled for several species in the Solanaceae and Cucurbitaceae families, including tomato, pepper, cucumber, watermelon, and melon. These reference genomes have been leveraged for re-sequencing of diverse germplasm collections to explore genome-wide sequence variations, especially single nucleotide polymorphisms (SNPs). The use of genome-wide SNPs and high-throughput genotyping methods has led to the development of new strategies for dissecting complex quantitative traits, such as genome-wide association study (GWAS). In addition, the use of multi-parent populations, including nested association mapping (NAM) and multiparent advanced generation intercross (MAGIC) populations, has helped increase the accuracy of quantitative trait loci (QTL) detection. Consequently, a number of QTL have been discovered for agronomically important traits, such as disease resistance and fruit traits, with high mapping resolution. The molecular markers for these QTL represent a useful resource for enhancing selection efficiency via marker-assisted selection (MAS) in vegetable breeding programs. In this review, we discuss current genomic resources and marker-trait association analysis to facilitate genome-assisted breeding in vegetable species in the Solanaceae and Cucurbitaceae families.
If a quantitative trait loci (QTL) marker identified in a population is applicable to different populations (marker universality), this will not only reduce the labor and cost in marker assisted selection (MAS), but accelerate the application of molecular markers to real breeding programs. Present study aims to evaluate the defined QTL related markers from a population to a different breeding population for the MAS. Four rice breeding populations were subjected to seventy-five simple sequence repeat (SSR) markers which were already identified for their polymorphism information content (PIC) in the parents of the crossings. Among them, eight markers were evaluated for their correlation between presence of marker alleles and phenotypic expression in breeding populations. A reasonable level of polymorphism for the mapped markers originated from any sources of rice accessions was observed between crosses of any sources (marker repeatability). However, correlation between presence of markers and expression of the traits in rice breeding populations was not significant except for minor portion of traits and markers examined (failure of marker universality). In the present study, various strategies were discussed to develop new markers with universality of breeding application.
Backcross breeding is the method most commonly used to introgress new traits into elite lines. Conventional backcross breeding requires at least 4-5 generations to recover the genomic background of the recurrent parent. Marker-assisted backcrossing (MABC) represents a new breeding approach that can substantially reduce breeding time and cost. For successful MABC, highly polymorphic markers with known positions in each chromosome are essential. Single nucleotide polymorphism (SNP) markers have many advantages over other marker systems for MABC due to their high abundance and amenability to genotyping automation. To facilitate MABC in hot pepper (Capsicum annuum), we utilized expressed sequence tags (ESTs) to develop SNP markers in this study. For SNP identification, we used Bukang $F_1$-hybrid pepper ESTs to prepare a reference sequence through de novo assembly. We performed large-scale transcriptome sequencing of eight accessions using the Illumina Genome Analyzer (IGA) IIx platform by Solexa, which generated small sequence fragments of about 90-100 bp. By aligning each contig to the reference sequence, 58,151 SNPs were identified. After filtering for polymorphism, segregation ratio, and lack of proximity to other SNPS or exon/intron boundaries, a total of 1,910 putative SNPs were chosen and positioned to a pepper linkage map. We further selected 412 SNPs evenly distributed on each chromosome and primers were designed for high throughput SNP assays and tested using a genetic diversity panel of 27 Capsicum accessions. The SNP markers clearly distinguished each accession. These results suggest that the SNP marker set developed in this study will be valuable for MABC, genetic mapping, and comparative genome analysis.
Zalewska, Magdalena;Puppel, Kamila;Sakowski, Tomasz
Animal Bioscience
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제34권9호
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pp.1425-1438
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2021
Maintaining a high level of beef consumption requires paying attention not only to quantitative traits but also to the quality and dietary properties of meat. Growing consumer demands do not leave producers many options for how animals are selected for breeding and animal keeping. Meat and carcass fatness quality traits, which are influenced by multiple genes, are economically important in beef cattle breeding programs. The recent availability of genome sequencing methods and many previously identified molecular markers offer new opportunities for animal breeding, including the use of molecular information in selection programs. Many gene polymorphisms have thus far been analyzed and evaluated as potential candidates for molecular markers of meat quality traits. Knowledge of these markers can be further applied to breeding programs through marker-assisted selection. In this literature review, we discuss the most promising and well-described candidates and their associations with selected beef production traits.
Kim, Me-Sun;Ouk, Sothea;Jung, Kuk-Hyun;Song, Yoohan;Le, Van Trang;Yang, Ju-Young;Cho, Yong-Gu
Plant Breeding and Biotechnology
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제7권3호
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pp.272-286
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2019
Developing elite hybrid rice varieties is one important objective of rice breeding programs. Several genes related to male sterilities, restores, and pollinators have been identified through map-based gene cloning within natural variations of rice. These identified genes are good targets for introducing genetic traits in molecular breeding. This study was conducted to breed elite hybrid lines with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistance in 240 genetic resources and F1 hybrid combinations of rice. Molecular markers were reset for three major hybrid genes (S5, Rf3, Rf4) and thirteen disease/insect resistant genes (rice bacterial blight resistance genes Xa3, Xa4, xa5, Xa7, xa13, Xa21; blast resistance genes Pita, Pib, Pi5, Pii; brown planthopper resistant genes Bph18(t) and tungro virus resistance gene tsv1). Genotypes were then analyzed using molecular marker-assisted selection (MAS). Biological assay was then performed at the Red River Delta region in Vietnam using eleven F1 hybrid combinations and two control vatieties. Results showed that nine F1 hybrid combinations were highly resistant to rice bacterial blight and blast. Finally, eight F1 hybrid rice varieties with resistance to disease/insect were selected from eleven F1 hybrid combinations. Their characteristics such as agricultural traits and yields were then investigated. These F1 hybrid rice varieties developed with major genes related to hybrid traits and disease/insect resistant genes could be useful for hybrid breeding programs to achieve high yield with biotic and abiotic resistance.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제15권2호
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pp.145-155
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2007
Mulberry (Morus spp.) is an economically important tree crop being cultivated in India, China and other sericulturally important countries for its foliage to feed the silk producing insect Bombyx mori L. Genetic improvements of mulberry lag behind to the same in many other economically less important crops due to the complexity of its genetics, the breeding behavior, and the lack of basic information on factors governing important agronomic traits. In this review, the general usage and advantages of different molecular markers including isoenzymes, RFLPs, RAPDs, ISSRs, SSRs, AFLPs and SNPs are described to enlighten their applicability in mulberry genetic improvement programs. Application of DNA markers in germplasm characterization, construction of genetic linkage maps, QTL identification and in marker-assisted selection was also described along with its present status and future prospects.
An overview of developments important in the future of animal breeding is discussed. Examples from the application of quantitative genetic principles to selection in chickens and mice are given. Lessons to be learned from these species are that selection for production traits in livestock must also consider selection for reproduction and other fitness-related traits and inbreeding should be minimized. Short-term selection benefits of best linear unbiased predictor methodology must be weighed against long-term risks of increased rate of inbreeding. Different options have been developed to minimize inbreeding rates while maximizing selection response. Development of molecular genetic methods to search for quantitative trait loci provides the opportunity for incorporating marker-assisted selection and introgression as new tools for increasing efficiency of genetic improvement. Theoretical and computer simulation studies indicate that these methods hold great promise once genotyping costs are reduced to make the technology economically feasible. Cloning and transgenesis are not likely to contribute significantly to genetic improvement of livestock production in the near future.
한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.13-13
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2017
By the progress of genome sequencing, infrastructures for marker-assisted breeding (MAB) of rice came to be established. Fine mapping and gene isolation have been conducted using the breeding materials derived from natural variations and artificial mutants. Such genetic analysis by the genome-wide dense markers provided us the knowledge about the many genes controlling important traits. We identified several genes or quantitative trait loci (QTL) for heading date, blast resistance, eating quality, high-temperature stress tolerance, and so on. NILs of each gene controlling heading date contribute to elongate the rice harvest period. Determination of precise gene location of blast resistance gene pi21, allowed us to overcome linkage drag, co-introduction of undesirable eating quality. We could also breed the first practical rice cultivar in Japan with a brown planthopper resistance gene bph11 in the genetic back-ground of an elite cultivar. Discovery of major and minor QTLs for good eating quality allowed us to fine-tune of eating quality according to the rice planting area or usage of rice grain. Many rice cultivars have bred efficiently by MAB for several traits, or by marker-assisted backcross breeding through chromosome segment substitution lines (CSSLs) using genetically diverse accessions. We are also systematically supporting the crop breeding of other sectors by MAB or by providing resources such as CSSLs. It is possible to pyramid many genes for important traits by using MAB, but is still difficult to improve the yielding ability. We are performing a Genomic Selection (GS) for improvement of rice biomass and grain yield. We are also trying to apply the genome editing technology for high yield rice breeding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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