Mapping of a major locus controlling seed dormancy using backcrossed progenies in wheat (Triticum aestivum L.)

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Abstract

Seed dormancy is an important factor regulating preharvest sprouting (PHS) but is a complex trait for genetic analysis. We previously identified a major quantitative trait locus (QTL) controlling seed dormancy on the long arm of chromosome 4A (4AL) in common wheat. To transfer the QTL from the dormant lines ‘OS21-5’ and ‘Leader’ into the Japanese elite variety ‘Haruyokoi’, which has an insufficient level of seed dormancy, backcrossing was carried out through marker-assisted selection (MAS) using PCR-based codominant markers. Nineteen BC5F2 plants with homozygous alleles of ‘OS21-5’ or ‘Haruyokoi’ were developed and evaluated for seed dormancy under greenhouse conditions. The seeds harvested from plants with ‘OS21-5’ alleles showed a clearly high level of dormancy compared with seeds from plants with ‘Haruyokoi’ alleles. Additionally, the dormancy phenotype of BC3F3 seeds harvested from 128 BC3F2 plants with homozygous alleles of ‘Leader’ or ‘Haruyokoi’ showed a clear difference between these alleles. The QTL on 4AL confers a major gene, Phs1, which was mapped within a 2.6 cM region. The backcrossed lines developed in this study can be important sources for improving PHS resistance in Japanese wheat and for analyzing the mechanism of seed dormancy. MAS was useful for the development of near-isogenic lines in this complex trait, to facilitate the molecular dissection of genetic factors.

La dormance des graines constitue un élément important régulant la germination sur pied (de l'anglais « preharvest sprouting »), mais s'avère un caractère complexe sur le plan génétique. Auparavant, les auteurs ont identifié un QTL majeur contrôlant la dormance des grains sur le bras long du chromosome 4A (4AL) chez le blé tendre. Afin de transférer ce QTL des lignées ‘OS21-5’ et ‘Leader’, toutes deux résistantes à la germination sur pied, au cultivar élite japonais ‘Haruyokoi’, lequel présente une résistance insuffisante, les auteurs ont pratiqué des rétrocroisements assistés de marqueurs PCR codominants. Dix-neuf individus BC5F2, homozygotes soit pour l'allèle ‘OS21-5’ ou pour l'allèle ‘Haruyokoi’, ont été identifiés et évalués pour leur résistance à la germination sur pied en serre. Les graines récoltées sur les plants dotés de l'allèle ‘OS21-5’ présentaient un niveau nettement plus élevé de dormance par rapport aux graines issues des plantes portant l'allèle ‘Haruyokoi’. De plus, la dormance des graines BC3F3 récoltées sur 128 plantes BC3F2 homozygotes soit pour l'allèle ‘Leader’ ou pour l'allèle ‘Haruyokoi’ différait nettement. Le QTL sur le chromosome 4AL identifie un gène majeur, Phs1, qui est situé au sein d'un intervalle de 2,6 cM. Les lignées rétrocroisées produites au fil de ce travail constituent potentiellement des ressources importantes pour améliorer la résistance à la germination sur pied dans les programmes japonais de sélection chez le blé de même que pour analyser le mécanisme de la dormance. La sélection assistée de marqueurs s'est avérée utile pour le développement de lignées quasi-isogéniques pour ce caractère quantitatif et pour faciliter la dissection moléculaire des facteurs génétiques.

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