WEKO3
アイテム
Marker-Assisted Breeding in Maize for Cold Regions of Japan
https://doi.org/10.24514/00001341
https://doi.org/10.24514/00001341a709535a-bac8-4258-9eb6-da32e7a58dbc
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
|---|---|---|
harc_report_No187_01.pdf (1.7 MB)
|
|
| Item type | 紀要論文01 / Departmental Bulletin Original Article(1) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 公開日 | 2019-03-22 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Marker-Assisted Breeding in Maize for Cold Regions of Japan | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Marker-Assisted Breeding in Maize for Cold Regions of Japan | |||||
| 言語 | en | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | eng | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 | |||||
| 資源タイプ | departmental bulletin paper | |||||
| ID登録 | ||||||
| ID登録 | 10.24514/00001341 | |||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||
| 著者 |
榎, 宏征
× 榎, 宏征 |
|||||
| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | In the cold regions of Japan, the maintenance and expansion of the genetic diversity among the breeding materials are important in the maize (Zea mays L.) hybrid breeding programs. The present study was carried out to develop marker-assisted breeding to accelerate the breeding of excellent maize varieties adapted to the cold regions of Japan. The objectives of the three studies are to 1) assess the genetic diversity among the inbred lines adapted to the cold regions of Japan from SSR analysis of the 60 loci distributed uniformly throughout maize genome, 2) establish an assignment method of the inbred lines developed from the European hybrids from the mean GS estimates derived from a smaller number of SSR loci, which were chosen based on the differences in the mean allele frequency between the dent and flint groups, and 3) identify QTLs for the early flowering of an elite Northern flint inbred line toward establishment of MAS for the early flowering. Information on the genetic diversity and relationships among the breeding materials is necessary for the hybrid maize breeding programs. Simple-sequence repeats (SSR) analysis of the 60 loci distributed uniformly throughout the maize genome was carried out for 65 inbred lines adapted to the cold regions of Japan in order to assess the genetic diversity among the inbred lines and assign them to the heterotic groups. The mean value (0.69) of polymorphic-index content (PIC) for the SSR loci provided sufficient discrimination ability for the assessment of the genetic diversity among the inbred lines. The correlation between the genetic similarity (GS) estimates and coancestry coefficient was significant (r=0.70). The average-linkage (UPGMA) cluster analysis and principal-coordinate analysis (PCOA) for a matrix of the GS estimates showed that the Northern flint inbred lines bred in Hokkaido were similar to the Canadian Northern flint inbred line CO12 and the European flint inbred line F283, and the dent inbred lines bred in Hokkaido were similar to the BSSS inbred lines such as B73. These associations correspond to the known pedigree records of these inbred lines. The results indicate that the SSR analysis is effective for the assessment of the genetic diversity among the maize inbred lines and the assignment of the inbred lines to the heterotic groups. The maize breeders commonly assign the inbred lines to the groups in order to maintain the high level of hybrid vigor obtainable from the crosses. The results in chapter II indicated that the GS estimated from the 60 SSR loci was effective for the assignment of the maize inbred lines derived from the European hybrids, which contain mixtures of the dent and flint germplasm, to the dent or flint groups adapted to the cold regions of Japan. We evaluated a simplified assignment method using a smaller number of SSR loci. Two subsets were chosen from the full set of 60 SSR loci distributed uniformly throughout the maize genome. Set 1 composed of 25 loci and Set 2 composed of 14 loci were chosen based on the difference in allele frequency (0.4 for Set 1 and 0.5 for Set 2) in the dent and flint groups. The SSR loci of Set 1 and Set 2 carried a total of 176 and 99 alleles among 88 inbred lines, respectively. The numbers of alleles for Set 1 and Set 2 were 38% and 21% of the number of alleles for the full set of SSR loci, respectively. The assignments from mean GS estimates using Set 1 SSR loci almost all corresponded to the full set of SSR loci. Furthermore, the assignments of several inbred lines from Set 1 SSR loci were ascertained by the testcross data. The results indicated that the assignment using Set 1 SSR loci with a similar accuracy to the full set of the SSR loci is an efficient method in the maize breeding programs. Flowering time is a trait of interest to the maize breeders because of its importance in the selection of appropriate parents of hybrids. We detected quantitative trait loci (QTLs) associated with the early flowering of the Northern flint inbred line, To85, using 150 F_2 : 3 lines derived from a cross of To85 and a late dent inbred line, Mi29. We used 110 SSR, 1 cleaved amplified polymorphic sequence (CAPS), and 3 insertion and deletion (InDel) markers for 4 candidate genes (an1, d8, ck2α, and vp1) related to the flowering time in maize in order to construct a framework linkage map. The F_2 : 3 population exhibited a wide range of variation in growing degree days (GDD), silking (SLK), and pollen shedding (POL). Using composite interval mapping with an LOD threshold of 3.6, seven QTLs associated with SLK and/or POL were detected on chr.1, chr.3, chr.8, and chr.9. The region on chr.1 associated with the QTL for SLK contained the locus of an1. The peak of the QTL on chr.8 with the largest effect for SLK was near bnlg1067, which was near the locus of epc1. These QTLs did not greatly affect the plant height and/or ear height. These results provide information that allows us to choose the candidate genes and improve the flowering time of the maize inbred lines bred in the intermediate and warm regions through marker-assisted selection. In the present study, the marker-assisted breeding method for the assessment and expansion of the genetic diversity among the breeding materials in the cold regions of Japan was developed. This will be useful for monitoring the genetic diversity, profiling the inbred lines and systematically introducing other elite germplasm such as the European hybrids and dent inbred lines bred in the intermediate and warm regions. These tools for the marker-assisted breeding will solve the restriction of the genetic diversity due to the cool climate conditions, and lead the breeders to the future success in the maize hybrid breeding under the cold regions of Japan. | |||||
| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | 雑種強勢を利用した飼料用トウモロコシ育種において、育種材料内の遺伝的多様性に関する情報は、育種母材の選択、自殖系統のヘテロティックグループへの系列分けおよび組合せ能力検定試験のテスター選択に不可欠である。さらに、育成自殖系統と代表的な自殖系統との近縁関係に関する情報は、育成自殖系統内の遺伝的多様性の評価および新たな育種材料の導入の検討に利用できる。また、外国や温暖地域で育成された育種材料の導入は、寒地での育種材料の遺伝的多様性の拡大および改良に有効な方法である。しかし、ヨーロッパF_1品種由来自殖系統は、デント種およびフリント種の遺伝子が混在するため、ヘテロティックグループへの系列分けが難しい。また、寒地での育種材料として温暖地域育成デント種の導入には、開花期の改良が必要であるものの、デント種には優れた早生系統が極めて少ない。そのため、フリント種から早生性を導入することが望まれている。本研究では、 DNA マーカーによる近縁度解析により、寒地適応型トウモロコシ自殖系統の近縁関係を解明するとともに、新たな優良育種材料を効率的に導入するため、 DNA マーカーによるヨーロッパF_1品種由来自殖系統の効率的系列分け法および温暖地域育成デント種自殖系統の開花期の効率的改良法を開発することを目的とした。 1）SSRマーカーによる北海道育成寒地適応型トウモロコシ自殖系統間の近縁度解析 寒地適応型トウモロコシ自殖系統間の近縁関係を明らかにするため、染色体上に偏り無く分布する60個の SSR (Simple Sequence Repeat) マーカーを選定した。これらの SSR マーカーは、遺伝的多様性の指標である Polymorphic-index content の平均値が0.69と、これまでの報告より高い値を示した。また、この SSR マーカーセットにより推定した自殖系統間の近縁度と系譜に基づき算出した近交係数との間に有意な相関関係を示した (r =0.70^**)。以上の結果から、この SSR マーカーセットは自殖系統間の近縁関係の解析に利用できると考えられた。自殖系統間の近縁関係を明らかにするため、推定した近縁度を用い、樹形図 (UPGMA)、 Principal-coordinate analysis および平均近縁度による解析を行った。いずれの解析方法でも、北海道で育成されたデント種自殖系統とフリント種自殖系統は明確に分類された。さらに、代表的な自殖系統との近縁関係では、北海道育成北方型フリント種およびデント種自殖系統は、カナダ育成北方型フリント種 CO12 および BSSS 系列デント種とそれぞれ近縁であった。しかし、北海道育成の両系列の遺伝的多様性は、代表的なデント種自殖系統より低かった。また、北海道育成自殖系統は、ヨーロッパフリント種自殖系統 F2 や LSC 系列デント種およびカナダ育成デント種と比較的遠縁であった。したがって、これらの系列に属する育種材料の導入は、北海道の育種材料の遺伝的多様性の拡大および改良に有効であると考えられた。ヨーロッパF_1品種由来自殖系統の近縁度解析の結果は、これまでの育種経験と一致していたことから、この SSR マーカーセットは、これらの自殖系統の系列分けに有効な方法であると結論された。 2）ヨーロッパF 品種由来自殖系統の系列分けに有効な SSR マーカーセットの選定 本研究に供試した60個の SSR マーカーによる近縁度解析は、1）の結果からヨーロッパF_1品種由来自殖系統（混在型自殖系統）の系列分けに有効であることが示された。本実験では、より簡便な系列分け法を開発するため、両系列間での多型の出現頻度の差 (40％および50％）に基づき、2つの SSR マーカーセット（セット1およびセット2）を選定した。セット1およびセット2の SSR マーカー数は、それぞれ25個および14個であった。これらのセットの多型数も60個の SSR マーカーに比べ、38％および21％と大幅に少なく、60個の SSR マーカーより簡便な解析が可能だと考えられた。これらの SSR マーカーセットによる系列分けの精度を評価するため、混在型32自殖系統における系列分けの結果を比較検討した。その結果、セット1による系列分けは、60個の SSR マーカーに基づく結果にほぼ一致した。セット2による系列分けは、60個の SSR マーカーに基づく結果とは若干異なる様相を示した。セット1の系列分けでは、混在型4自殖系統による組合せ能力検定試験の結果ともほぼ一致していたことから、 SSR マーカーセット1による系列分けは、育種的利用の観点から十分な精度を有していると考えられた。 3）北方型フリント種の早生性に関する QTL 解析 フリント種自殖系統の早生性を、効率的にデント種自殖系統に導入するため、早生性に関する選抜マーカーの開発を目的として実験を行った。本実験では、北方型フリント種の早生系統 To85 とデント種の晩生系統 Mi29 の交雑後代F_2 : 3 150系統を供試した。 MaizeGDB に登録されている110個の SSR マーカー、イネの開花期関連遺伝子の相同遺伝子である ck2α の遺伝子内変異を識別する CAPS マーカーおよびトウモロコシで開花期への影響が示唆されている an1 ,d8 および vp1 の遺伝子内変異をそれぞれ識別する InDel マーカーを用い、全長 1287cM、平均遺伝距離 12.4cM の連鎖地図を作成した。 QTL 解析は、 LOD 値の閾値を3.6に設定し、 Composite interval mapping により絹糸抽出期、雄穂開花期、稈長および着雌穂高について行った。その結果、開花期に関する合計7つ QTL を、第1染色体、第3染色体、第8染色体および第9染色体に検出した。 an1 遺伝子および epc 遺伝子の連鎖マーカー bnlg1067 の近傍にそれぞれ開花期に関する QTL を検出した。本実験で検出した開花期に関する QTL については、いずれも稈長および着雌穂高への大きな影響が認められなかった。以上の結果から、本実験で検出した開花期に関する QTL は、温暖地域育成デント種自殖系統の開花期の改良に利用できるものと考えられた。また、これらの情報は、早生化に関わる QTL の候補遺伝子を選択する際にも有効であると考えられた。本研究では、 DNA マーカーを利用して寒地適応型トウモロコシ自殖系統内の遺伝的多様性の解明および拡大に有効な方法を開発した。これらの方法は、遺伝的多様性の経時的調査、自殖系統のプロファイリングおよび優良な育種材料（ヨーロッパF_1品種および温暖地域育成デント種自殖系統）の導入に利用できる。これらの DNA マーカーを利用した選抜技術の利用は、寒地適応型飼料用トウモロコシ育種材料の遺伝的多様性の拡大および優良遺伝子の集積を促進し、寒地適応型優良F_1品種育成に大きく寄与することが期待される。 | |||||
| 書誌情報 |
北海道農業研究センター研究報告 en : Research BUlletin of the NARO Hokkaido Agricultural Research Center 巻 187, p. 1-64, 発行日 2007-03-01 |
|||||
| 出版者 | ||||||
| 出版者 | 独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構 北海道農業研究センター | |||||
| ISSN | ||||||
| 収録物識別子タイプ | ISSN | |||||
| 収録物識別子 | 1347-8117 | |||||
| DOI | ||||||
| 関連タイプ | isIdenticalTo | |||||
| 識別子タイプ | DOI | |||||
| 関連識別子 | 10.24514/00001341 | |||||
| 著者版フラグ | ||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||
