BSA-seq technologies, combined Bulked Segregant Analysis (BSA) and Next-Generation Sequencing (NGS), are making it faster and more efficient to establish the association of agronomic traits with molecular markers or candidate genes, which is the requirement for marker-assisted selection in molecular breeding. Clubroot disease, caused by Plasmodiophora brassicae, is a serious threat to Brassica crops. Even we have breed new clubroot resistant varieties of Chinese cabbage (B. rapa ssp. pekinesis), the underlying genetic mechanism is unclear. In this study, an $F_2$ population of 340 plants were inoculated with P. brassicae from Xinye (Pathotype 2 on the differentials of Williams). Resistance phenotype segregation ratio for the populations fit a 3:1 (R:S) segregation model, consistent with a single dominant gene model. Super-BSA, using re-sequencing the parents, extremely R and S DNA pools with each 50 plants, revealed 3 potential candidate regions on the chromosome A03, with the most significant region falling between 24.30 Mb and 24.75 Mb. A linkage map with 31 markers in this region was constructed with several closely linked markers identified. A Major QTL for clubroot resistance, CRq, which was identified with the peak LOD score at 169.3, explaining 89.9% of the phenotypic variation. And we developed a new co-segregated InDel marker BrQ-2. Joint BSA-seq and traditional QTL analysis delimited CRq to an 250 kb genomic region, where four TIR-NBS-LRR genes (Bra019409, Bra019410, Bra019412 and Bra019413) clustered. The CR gene CRq and closely linked markers will be highly useful for breeding new resistant Chinese cabbage cultivars.
Crosses between Korean and Landrace pigs have revealed a large quantitative trait loci (QTL) region for fat deposition in a region (89 cM) of porcine chromosome 4 (SSC4). To more finely map this QTL region and identify candidate genes for this trait, comparative mapping of pig and human chromosomes was performed in the present study. A region in the human genome that corresponds to the porcine QTL region was identified in HSA1q21. Furthermore, the LMNA gene, which is tightly associated with fat augmentation in humans, was localized to this region. Radiation hybrid (RH) mapping using a Sus scrofa RH panel localized LMNA to a region of 90.3 cM in the porcine genome, distinct from microsatellite marker S0214 (87.3 cM). Two-point analysis showed that LMNA was linked to S0214, SW1996, and S0073 on SSC4 with logarithm (base 10) of odds scores of 20.98, 17.78, and 16.73, respectively. To clone the porcine LMNA gene and to delineate the genomic structure and sequences, including the 3'untranslated region (UTR), rapid amplification of cDNA ends was performed. The coding sequence of porcine LMNA consisted of 1,719 bp, flanked by a 5'UTR and a 3'UTR. Two synonymous single nucleotide polymorphisms (SNPs) were identified in exons 3 and 7. Association tests showed that the SNP located in exon 3 (A193A) was significantly associated with weight at 30 wks (p<0.01) and crude fat content (p<0.05). This association suggests that SNPs located in LMNA could be used for marker-assisted selection in pigs.
The homogentisate 1,2-dioxygenase (HGD) gene, which consists of 14 exons and spans approximately 42630bp on Bos taurus autosome 1 (BTA 1), is one of the six enzymes required for catabolism of the aromatic amino acids tyrosine and phenylalanine. It has been reported that BTA1 harbors quantitative trait loci that effect marbling score (MS), carcass weight (CW), and longissimus muscle area (LMA) in cattle. The aim of this study was to identify the single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the HGD gene and to analyze their association with economic traits in Korean cattle (Hanwoo). Genetic polymorphisms were screened by direct sequencing, which detected 10 SNPs (T11187C, T11301A, T11398G, G29833A, G34256T, G34257C, T34284C, T42333G, T42348C, and T42468C). Six polymorphic sites were selected for genotyping, and economic traits were analyzed using a general linear model in Korean cattle (n=90). The observed genotype frequencies for G34256T were 0.5843(GG), 0.3708(GT), and 0.0449(TT). In addition, 0.3596(GG), 0.3708(GC), and 0.2697(CC) were observed for the G34257C mutation. Statistical association analysis revealed that G34256T polymorphisms were significantly associated with MS, and G34257C polymorphisms were significantly associated with MS and LMA (p<0.05). Further study is needed in order to use the genetic variant as a marker for marker-assisted selection in Korean cattle.
Calpastatin (CAST), an endogenous inhibitor of the calpains, plays an important role in post-mortem tenderization of meat. The objectives of this study were to investigate single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the bovine CAST gene and association with carcass and meat quality traits. A total of 212 cattle from commercial herds were tested in this study including 2 pure introduced breeds, 4 cross populations, and 3 pure Chinese native breeds. Five SNPs were identified at position 2959 (A/G), 2870 (G/A), 3088 (C/T), 3029 (G/A) and 2857 (C/T) in the CAST gene (GenBank Accession No. AF159246). Allele frequencies of SNP2959 and SNP2870 were 0.701 (A) and 0.462 (A), respectively. A general linear model was used to evaluate the associations between the two markers and 7 traits. The results showed that both SNP2959 and SNP2870 were significantly (p<0.01) associated with the Warner-Bratzler shear force (WBSF), while they had no significant association with the other 6 traits in the whole population. However, in Chinese native pure breeds, only SNP2870 had significant association with WBSF (p<0.05). The simultaneous analysis of two-marker genotype effects indicated animals containing the A/G haplotype (A for SNP2959 and G for SNP2870) tended to have lower shear force than those containing the G/A haplotype, and, especially, animals homozygous for the A/G haplotype had approximately 2 kg lower shear force than those homozygous for the G/A haplotype (p<0.01). These results suggested that both markers may be effective for the marker-assisted selection of meat quality traits in Chinese commercial herds, especially SNP2870 which can be used for Chinese native cattle.
Comparison of maps and QTLs between populations may provide us with a better understanding of molecular maps and the inheritance of traits. We developed and used two reciprocal $BC_1F_1$ populations, IP/DS//IP and IP/DS//DS, for QTL analysis. DS (Dasanbyeo) is a Korean tongil-type cultivar (derived from an indica x japonica cross and similar to indica in its genetic make-up) and IP (Ilpumbyeo) is a Korean japonica cultivar. We constructed two molecular linkage maps corresponding to each backcross population using 196 markers for each map. The length of each chromosome was longer in the IP/DS//IP population than in the IP/DS//DS population, indicating that more recombinants were produced in the IP/DS//IP population. Distorted segregation was observed for 44 and 19 marker loci for the IP/DS//IP and IP/DS//DS populations, respectively; these were mostly skewed in favor of the indica alleles. A total of 36 main effect QTLs (M-QTLs) and 15 digenic epistatic interactions (E-QTLs) were detected for the seven traits investigated. The phenotypic variation explained (PVE) by M-QTLs ranged from 3.4% to 88.2%. Total PVE of the M-QTLs for each trait was significantly higher than that of the E-QTLs. The total number of M-QTLs identified in the IP/DS//IP population was higher than in the IP/DS//DS population. However, the total PVE by the M-QTLs and E-QTLs together for each trait was similar in the two populations, suggesting that the two $BC_1F_1$ populations are equally useful for QTL analysis. Maps and QTLs in the two populations were compared. Eleven new QTLs were identified for SN, SF, GL, and GW in this study, and they will be valuable in marker-assisted selection, particularly for improving grain traits in tongil-type varieties.
Lee, Ji Yun;Seo, Mi-Suk;Won, So Youn;Lim, Kyoung Ah;Shin, Il Sheob;Choi, Dongsu;Kim, Jung Sun
Korean Journal of Breeding Science
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v.50
no.4
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pp.434-441
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2018
High-density genetic linkage mapping is critical for undertaking marker-assisted selection and confirming quantitative trait loci, as well as helping to build pseudomolecules of genomes. We constructed a genetic map using 94 $F_1$ populations generated from the interspecific cross between Korean cultivar "Wonwhang" (Pyrus pyrifolia, NCBI BioSample SAMN05196235) and European cultivar "Bartlett" (Pyrus communis). We designed a total of 24,267 SSR markers based on the genome sequences of "Wonwhang" for this. To select the markers that are linked to the traits important in pear breeding programs, SSR-containing genomic sequences were subjected to nucleotide sequence homology searches, which resulted in 510 SSR markers with high similarity to genes encoding proteins with putative functions such as transcription factors, resistance proteins, flowering time, and regulatory genes. Of these, 70 markers showed polymorphisms in parents and segregating populations and were used to construct a genetic linkage map, together with the unpublished 579 SNPs obtained from genotyping by sequencing analysis. The genetic linkage map covered 3,784.2 cM and the average distance between adjacent markers was 5.8 cM. Seventy SSR markers were distributed across 17 chromosomes with more than one locus.
Objective: Loin muscle area (LMA) is an important target trait of pig breeding. This study aimed to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) and genes associated with LMA in the Duroc×(Landrace×Yorkshire) crossbred pigs (DLY). Methods: A genome-wide association study was performed using the Illumina 50K chip to map the genetic marker and genes associated with LMA in 511 DLY pigs (255 boars and 256 sows). Results: After quality control, we detected 35,426 SNPs, including six SNPs significantly associated with LMA in pigs, with MARC0094338 and ASGA0072817 being the two key SNPs responsible for 1.77% and 2.48% of the phenotypic variance of LMA, respectively. Based on previous research, we determined two candidate genes (growth hormone receptor [GHR] and 3-oxoacid Co A-transferase 1 [OXCT1]) that are associated with fat deposition and muscle growth and found further additional genes (MYOCD, ARHGAP44, ELAC2, MAP2K4, FBXO4, FBLL1, RARS1, SLIT3, and RANK3) that are presumed to have an effect on LMA. Conclusion: This study contributes to the identification of the mutation that underlies quantitative trait loci associated with LMA and to future pig breeding programs based on marker-assisted selection. Further studies are needed to elucidate the role of the identified candidate genes in the physiological processes involved in LMA regulation.
A total of 17 polymorphic microsatellite markers on chromosome 1 were used for allelic association tests with phenotypic traits in Korean native chicken. Chi-square tests were performed to compare the frequencies of individual alleles between the high and the low trait groups. The frequency of allele 123 of MCW0160 showed a significant difference between the high and the low groups in the trait of egg weight (EW). Three markers, namely ADL0234, UMA1.125 and ADL0101, were found to show significant differences in allelic distribution for the trait of the first lay day (FLD). UMA1.117, ADL0020, UMA 1.019, LMA1 and ADL0238 were found to show significant differences in allelic distribution for the trait of body weight (BW). ADL0101 and ADL0238 were found to show significant differences in allelic distribution for the trait of number of egg production(EP). In this study, we identified the QTL for economic traits at around 94 (MCW0160), 151 (ADL0234), 170 (UMA1.125), 225 (UMA1.117), 285 (ADL0020), 387 (UMA1.019), 418 (LMA1), 500 (ADL0101) and 520 (ADL0238) cM on chromosome 1 in Korean native chicken. The results provided a useful guideline for identification of positional candidate gene and marker-assisted selection for economic traits in Korean native chicken.
Won, So Youn;Kim, Jung Sun;Kang, Sang-Ho;Sohn, Seong-Han
Journal of Plant Biotechnology
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v.43
no.3
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pp.272-280
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2016
Chrysanthemum is one of the top floriculture species with ornamental and medicinal value. Although chrysanthemum breeding program has contributed to the development of various cultivars so far, it needs to be advanced from the traditional phenotype-based selection to marker-assisted selection (molecular breeding) as shown in major cereal and vegetable crops. Molecular breeding relies on trait-linked molecular markers identified from genetic, molecular, and genomic studies. However, these studies in chrysanthemum are significantly hampered by the reproductive, genetic, and genomic properties of chrysanthemum such as self-incompatibility, inbreeding depression, allohexaploid, heterozygosity, and gigantic genome size. Nevertheless, several genetic studies have constructed genetic linkage maps and identified molecular markers linked to important traits of flower, leaf, and plant architecture. With progress in sequencing technology, chrysanthemum transcriptome has been sequenced to construct reference gene set and identify genes responsible for developments or induced by biotic or abiotic stresses. Recently, a genome sequencing project has been launched on a diploid wild Chrysanthemum species. The massive sequencing information would serve as fundamental resources for molecular breeding of chrysanthemum. In this review, we summarized the current status of molecular genetics and genomics in chrysanthemum and briefly discussed future prospects.
The melanocortin-4 receptor(MC4R) is virtually expressed in all brain regions and plays an important role in energy homeostasis in mammals. MC4R has been intensively studied as a trait gene controlling economically important traits, such as growth and feed conversion, etc. Six hundreds and sixty Duroc pigs were genotyped for the MC4R locus and analyzed their relationships with breeding values for average daily gain(ADG), backfat thickness(BF), days to 90kg(D90) and feed conversion(FC). The estimated genotype frequencies for the all Duroc pigs were: 30.8%, 45.2%, 24.1% for AA, AB and BB genotypes, respectively. The mutant A allele was significantly associated with ADG, D90 and BF whereas no significant relationship was found with FC. The change of gene frequencies by generation was shown in both selected and culled groups. These results indicate that the MC4R polymorphism could be integrated in the present selection program to realize a marker-assisted selection for the growth traits of the Duroc population.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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