VL 9

Question 1

Was ist ein Marker?

Answer 1

Einfach zu bestimmendes Merkmal, gekoppelt mit (komplexem) Zielmerkmal

Question 2

Phänotypischer Marker

Answer 2

Limitierte Anzahl
Durch Umwelt beeinflusst

Question 3

Genetische Marker

Answer 3

Unterschiede in der DNA Sequenz

Verschiedene Methoden zur Erkennung

Grosse Anzahl erhältlich

Nicht beeinflusst durch die Umwelt

Oft einfach zu untersuchen

Question 4

Molekulargenetische Marker

Answer 4

Molekulare Grundlage aller Markersyteme sind Sequenzunterschiede in der DNA verschiedener Individuen oder Linien

Besonders häufig sind Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) oder Insertionen / Deletionen (InDels)

Question 5

Was ist marker-gestützte Selektion im engeren und im weiteren Sinn?

Answer 5

Im engeren Sinn:
Selektion auf mit dem Merkmal gekoppelten Marker (meist DNA-basiert), nicht auf das Zielmerkmal selbst

Im weiteren Sinn:
Einsatz von Methoden der Molekulargenetik und Genomik als DIAGNOSE Instrumente für die Pflanzenzüchtung

Question 6

Vorteile von MAS

Answer 6

Marker gekoppelt mit agronomischen Merkmalen

Selektion un frühem Entwicklungsstadium (Ertragsmerkmale im juvenil-Stadium)

Gezielte Selektion für komplexe Merkmale (Qualität, Ertrag)

Vereinfachte Selektion für schwierig zu bestimmende Merkmale (Inhaltsstoffe)

Gezieltes Einkreuzen von gewünschten Genen (Pyramidisieren von Resistenzgenen)

Question 7

Voraussetzungen für MAS

Answer 7

Genotypische Informationen über die Zielart
- Molekulargenetische Marker, Kopplungskarten
- Genomsequenzen

Phänotypische Informationen über die Zielmerkmale
- genau beschriebene Phänotypen

Information über die Interaktion von Genotyp und Phänotyp (d.h. über Markern - Merkmal Koppelung)

Question 8

Voraussetzung Molekulare Marker

Answer 8

Verschiedene Markersysteme: RFLP, RAPD, SSR, SNP, AFLP, CAPS, GBS, ISSR etc.

Ähnliche Grundpronzipien:
Verdau von DNA mit Enzymen, Nachweis durch Hybridisierung -> RFLP

Vervielfältigung bestimmter DNA Abschnitte mit Polymerase Kettenreaktion (PCR) -> SSR

DNA Sequenzierung -> SNP, GBS

Question 9

SSR Marker

Answer 9

Simple Sequence Repeats (Mikrosatelliten)

Repetitive DNA Motive (2 - 4 bp)

Polymorphismen: unterschiedliche Anzahl repetierter Motive

Flankierende Regionen +/- konserviert -> Nachweis durch PCR

Question 10

SNP

Answer 10

Single Nucleotide Polymorphism

Unterschiede in einzelnen Nukleotiden

Kommen in codierenden und nicht codierenden Sequenzen vor

Nachweis mittels
- DNA Sequenzierung
- Hybridisierung (SNP chips)
- Spezifischer enzymatischer Nachweis

Automatisierung / Detektion von mehreren tausend SNP in 1 Assay

Question 11

Voraussetzungen für Kopplungskarte

Answer 11

Darstellung der Anordnung (Reihenfolge) von Genorten (Loci) auf einem Chromosom
-> nicht gleich physikalische Karte mit absoluter Sequenz

Positionsangabe als kumulatives Längenmass (cM)

Question 12

Wie wird eine Kopplungskarte berechnet?

Answer 12

Basierend auf Rekombinationshäufigkeiten werden Marker den Chromosomen zugeteilt und geordnet

Question 13

Rekombinations-Häufigkeit

Answer 13

r = Anzahl Rekombinanter Gameten / (Rekombinante + Parentale Gameten)

r = 0.5: keine signifikante Koppelung zwischen A/a und B/b, Loci sehr weit entfernt, auf verschiedenen Kopplungsgruppen

r < 0.5: signifikante Koppelung

r ~ 0: totale Koppelung (loci identisch oder sehr nahe)

1 crossing over pro Meiose = 1 Morgan
1 cM = 1% CO pro Meiosis

Bsp.
Beobachtete Rekombinationen:
A-B: 9%
B-C: 9.5%
A-C: 17%
-> Rekombinationshäufigkeiten sin dnicht additiv

Question 14

Kartierungspopulationen - selbstkompatible Arten und Selbst-Inkompatible Arten

Answer 14

Selbstkompatible Arten:
- Rückkreuzungspopulationen (Backcross BC)
- F2 Populationen
- Doppelhaploide
- Rekombinante Inzucht Linien

Selbst-Inkompatible Arten
- F1 Populationen, viel fehlende Information, Rechenintensiv, für viele Arten oft einzige Option
- Doppelhaploide

Question 15

Marker - Merkmal Koppelung

Answer 15

Folien 290 - 293
(S. 38 - 41)

Question 16

Vererbung von Merkmalen

Answer 16

Siehe S. 42 + 43
Qualitative Merkmale
Ausprägung: distinkte Typen, Klassen
Beispiele: Farbe, männl. Sterilität, Resistenz
Genetische Komponente: monogen, oligogen
Heritabilität: oft 100%
Informationsquelle: Individuum
Disziplin: Qualitative Genetik (Mendel)

Quantitative Merkmale
Ausprägung: kontinuierlich
Beispiele: Ertrag, Grösse, Resistenz
Genetische Komponente: polygen
Heritabilität: oft < 50%
Informationsquelle: Population
Disziplin: Quantitative Genetik

Question 17

QTL - Quantitative Trait Loci

Answer 17

Quantitative Merkmale werden von vielen Genen kontrolliert

einzelne Gene/Loci verhalten sich nach den mendelschen Gesetzen

Viele agronomisch wichtige Merkmale sind quantitativ (Ertrag, Krankheitsresistenzen, Qualität, Wuchsform etc)

Identifikation von QTL und gekoppelten Markern ist eine wichtige Voraussetzung für MAS

Question 18

QTL Analyse - Ziele

Answer 18

Wieviele Gene kontrolliere das Zielmerkmal?

Wie gross ist der Beitrag dieser Gene zur Erklärung der phänotypischen ud genotypischen Variabilität?

Wie wirken und interagieren diese Gene?

Wie sind sie im Genom verteilt?

Wie wirken diese Gene in verschiedenen Umwelten?

Question 19

Vorgehen bei einer QTL Analyse

Answer 19

Aufbau einer Pflanzenpopulation mit grosser Variabilität für das Zielmerkmal

Erstellen einer genetischen Kopplungskarte (linkage map)

Ermitteln der Korrelation zwischen gewünschtem Phänotyp und Marker-Genotyp

Validierung der identifizierten QTL in verschiedenen Populationen und Umwelten

Question 20

Methoden QTL Analyse

Answer 20

Varianzanalyse (ANOVA); F-test der Koppelung zwischen Phänotyp und mArker-Genotyp Klassen
- keine Lokalisierung des QTL, keine Schätzung der Effekte

Simple Interval Mapping (SIM); Wahrscheinlichkeitstest für die Existenz eines QTL zwischen zwei nebeneinander liegenden Markern
- Lokalisierung möglich, Effekte von anderen QTL auf gleicher Kopplungsgruppe werden ignoriert

Composite Interval Mapping (CIM); Kombiation von SIM und multipler Regression (Effekte benachbarter QTL)

Question 21

Simple Iterval Mapping

Answer 21

Testen der Wahrscheinlichkeit für die Existenz eines QTL zwischen zwei benachbarten Markern
- schrittweises “scannen” der Kopplungskarte

LOD - Score = log10(L1/L0)
- L1 = Wahrscheinlichkeit fpr Existenz eines QTL
- L0 = Wahrscheinlichkeit für Absenz eines QTL

Kritische LOD SChwelle = Mass für Signifikanz
- wird empirisch bestimmt durch wiederholtes Berechnen der QTL mit vertauschten Datensätzen

Question 22

Möglichkeiten und Grenzen von QTL

Answer 22

Genauigkeit abhängig von der Populationsgrösse (Anzahl Rekombinationen)

Genaue Phänotypisierung in vielen Umwelten nötig

In grossen Versuchen werden oft sehr zahlreiche QTL detektiert (v.a. für Merkmale wie Ertrag etc.)

Besonders effektiv für Merkmale die durch mehrere, aber nicht sehr viele Gene beeinflusst werden (z.B. Ölgehalt)

Oft in experimentellen Populationen ermittelt, schwierig ins Zuchtprogramm zu übertragen

Question 23

Assoziations-Kartierung

Answer 23

Statt Nachkommen einer Kartierungskreuzung wird eine natürliche Population betrachtet, deren Mitglieder sich in vielen quantitativen Merkmalen unterscheiden

High-throughput Genotypisierung mit möglichst hoher Abdeckung des Genoms

Assoziation zwischen Genotypen und bestimmten Phänotypen

Vorteile: Kartierung direkt im Zuchtmaterial möglich

Dank neune Sequenziertechnologien: Genome wide association studies (GWAS)

Question 24

WIe wird QTL im Zuchtprogramm genutzt?

Answer 24

Ziele: Analyse der QTL in nicht-verwandten Genotypen
Einkreuzen des QTL aus Kartierungspopulation in Zuchtmaterial
Sortenkandidaten entwickeln

Methoden:
Phänotypische und genotypische Selektion
Mehrfachkreuzungen (polycrossing)
Integration in den Zuchtprozess