Marker alapú szelekciós rendszer kidolgozása humántáplálkozás szempontjából kedvezőbb mikroelem-összetételű gabonafélék nemesítéséhez asszociációs térképezés segítségével
Title in English
Development of a marker assisted selection system for breeding cereals with better nutritional value using association mapping
Keywords in Hungarian
marker alapú szelekció, QTL analízis, mikroelem-összetétel, humántáplálkozás, gabona, asszociációs térképezés
Keywords in English
marker assisted selection, QTL analysis, micronutrients, human nutrition, cereal, association mapping
Discipline
Cell genetics (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Plant gene bank basic research (Council of Complex Environmental Sciences)
30 %
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)
20 %
Panel
Plant and animal breeding
Department or equivalent
Agricultural Institute (Centre for Agricultural Research)
Starting date
2008-04-01
Closing date
2011-05-31
Funding (in million HUF)
11.982
FTE (full time equivalent)
2.39
state
closed project
Summary in Hungarian
Gabonafélékből készül a világszerte előállított élelmiszerek 50 %-a, így szerepük a humántáplálkozásban kiemelkedő jelentőségű. A gabonafélék szemtermése azonban az optimálishoz képest nagyon kevés mikroelemet tartalmaz, így a döntően gabonafélékre alapozott táplálkozás krónikus hiánybetegségek kialakulásához vezethet, mely világszerte komoly problémát jelent. A mikroelem bevitelt lehet egyéb forrásból pótolni, de a gabonafélék szemtermés mikroelemtartalmának növelésével is fokozni lehet. Munkánk célja az árpa és búza szemtermés mikroelemtartalmakat (elsősorban Fe, Mn, Cu, Zn, Se) befolyásoló QTL-ek (mennyiségi jellegeket meghatározó lókuszok) azonosítása többéves kísérletekben. Az azonosított QTL-ekhez kapcsolt mikroszatellit (SSR) markerek marker alapú szelekcióra történő alkalmazhatóságának vizsgálata árpa génbanki anyagokon, illetve búza és tönkölybúza genotípusokon. Napjainkig mindössze Arabidopsis-ban azonosítottak szemtermés ásványi összetételt befolyásoló QTL-eket, így a várható eredmények mindenképpen újnak számítanak ezen a területen. A QTL-ek azonosíthatóságát az garantálja, hogy asszociációs térképezés segítségével vizsgálunk egy több mint 200 genotípusból álló árpa populációt, illetve búza esetében szintén populáció méretű vizsgálatot és szelektív genotipizálást alkalmazunk. A QTL-ek megbízhatóságot a kísérletek több éves, több környezetben (fitotron és szántóföld) történő ismétlése szavatolja. Amennyiben a QTL-ekhez kapcsolt markerek alkalmassá válnak marker alapú szelekcióra, úgy 10 éven belül várható a kedvezőbb ásványi összetételű gabonák piacra kerülése.
Summary
Cereal based foods have great importance because 50 % of the foods produced worldwide (in terms of dry matter) is made up of cereal grains. However, their grains often contain very low amounts of micronutrients, therefore micronutrient malnutrition is a serious problem worldwide. Traditonal strategy is the fortification of food with minerals artifically, however, it is also possible to breeding cereals with better nutritional value. The aim of our work to determine the loci affecting the grain micronutrient contents (Fe, Mn, Cu, Zn and Se) in barley, wheat and spelt in long term experiments (three years). We plan to test the usability of the microsatellite markers linked to the determined loci for marker assisted selection in barley, wheat and spelt genotypes with better grain micronutrient contents. Up till now QTLs influencing grain micronutrient contents were only identified in Arabidopsis, therefore our project may deliver new results in respect of the topic. The use of association mapping in barley and the selective genotyping method at wheat will guarantee the detectability, the lot of replications will guarantee the reliability of the results. If the markers linked to the determined QTLs will be able to use for marker assisted selection, new varieties with better nutritional value could be introduce on the market within ten years.
Final report
Results in Hungarian
Munkánk során egy búza- és egy árpa fajtagyűjteményen vizsgáltuk a szemtermés mikroelemtartalmak változását. A búzán három, az árpán négy független ismétlésben elvégzett tesztek segítségével sikerült mindkét fajnál olyan genotípusokat azonosítani, melyek több környezetben is stabilan magas illetve alacsony elemtartalmakat mutattak. Ezek a genotípusok alkalmasak lehetnek olyan térképezési populációk létrehozására, mellyel a jelleget befolyásoló lókuszok nagyfelbontással azonosíthatók. A magas mikroelemösszetételő fajtákat közvetlenül fel lehet használni olyan vonalak előállításához, melyek kedvezőbb szemtermés mikroelemösszetételűek. Sikerült szemtermés mikroelemtartalmakat stabilan befolyásoló lókuszokat, és a lókuszokhoz kapcsolt DArT markereket is meghatározni. Ezen markerek felhasználásával a jelleg marker alapú szelekciója megvalósítható, azonban a nagy környezeti hatás miatt csak kismértékű javulást lehet elérni. A mikroelemtartalmak és a termésmennyiség között vagy nem volt kapcsolat, vagy kismértékű negatív korrelációt lehetett megfigyelni, ezért nem képzelhető el a mikroelemtartalom és termésmennyiség együttes fokozása. A különböző mikroelemek koncentrációja között pozitív irányú kapcsolat volt megfigyelhető, így az egyik mikroelem koncentrációjának növelése a többi mikroelem koncentrációjának a növekedését vonja maga után. Munkánk eredményét leginkább a zárt láncú – így alapvetően ökológiai gazdálkodású – rendszerben termesztett búza esetén lehet majd felhasználni.
Results in English
This project was aimed to investigate the variability in grain micronutrient contents in wheat and barley variety collections. Using several independent replications barley and wheat varieties with outsanding high- and low grain nutrient contents were identified. These genotypes could be used for creating mapping populations to fine map the loci affecting these traits, and further, lines with favourable nutrient contents can be directly used by breeders to improve nutrient composition of breeding materials. Loci affecting grain nutrient contents under a range of environments and the linked DArT markers were also determined. Using these markers lines with better nutritional value might be selected, however, because of the existence of the huge environmental effect only a small improvement could be expected. Negative correlations were found between yield performance and grain micronutrient contents, therefore, an improvements in both trait is not expectable. Because of the positive correlations between the different grain micronutrient contents, an improvements in the contents of one nutrient will be resulted improvements in others as well.
The results of the project might be utilized most possibly in organic farming systems.
Szira, F., Monostori I., Galiba, G., Rakszegi, M., Bálint AF: Micronutrient contents and nutritional values of commercial wheat flours and flours of field-grown wheat varieties – a survey in Hungary., Cereal Research Communications. Accepted for publication., 2013
Monostori I, Bálint AF, Galiba G, Szira F : Búza szemtermésének mikroelem tartalmát befolyásoló jellegek korrelációs vizsgálata, In: Hoffmann B, Kollaricsné Horváth M (szerk.) XIX. Növénynemesítési Tudományos Nap: Összefoglalók; Keszthely, 2013.03.07.; MTA Agrártudományok Osztályának Növénynemesítési Bizottsága, Budapest, ISBN 978-963-9639-50-8; p. 121.,, 2013
Monostori I, Bálint AF, Galiba G, Szira F : Búza szemtermésének mikroelem-tartalmát befolyásoló lókuszok azonosítása asszociációs térképezés segítségével, In: Janda T (szerk.) I. ATK Tudományos Nap, Felfedezõ kutatások az Agrártudományi Kutatóközpontban: Összefoglalók; Martonvásár, 2012.11.14.; MTA Agrártudományi Kutatóközpont, Martonvásár; p.56.,, 2012
Bálint András Ferenc1, Szira Fruzsina1, Galiba Gábor1, Andreas Börner2: SZEMTERMÉS MIKROELEMTARTALOM VARIABILITÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÁRPÁBAN ÉS BÚZÁBAN, XVI. Növénynemesítési Tudományos Napk - Összefoglalók, 2010
Bálint, A.F., Szira, F., Börner, A., Neumann, K., Galiba, G.: Mapping of loci affecting grain micronutrient contents in wheat and barley, 9th European Young Cereal Scientist and Technologist Workshop, Book of Abstract, p. 67, 2010
Pintér Ramóna: Agronómialilag fontos jellegeket befolyásoló lókuszokhoz kapcsolt mikroszatellit markerek vizsgálata őszi búzán, Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kar, Növényélettan és Növényi Biokémia Tanszék, 2010
Monostori, I., Szira, F., Galiba, G., Bálint, A.F.: Identification of loci affecting grain micronutrient contents in wheat using associatin mapping, Pannonian Plant Biotechnology Workshops: The bioenergy question: Reality or wishful thinking? Abtracts, 48., 2011
Bálint, A.F., Rensch, S., Szira, F., Neumann, K., Monostori, I., Clemens, S., Börner, A.: Association mapping-based identification of loci for higher grain micronutrient contents in barley and in wheat, 1st Congress of Cereal Biotechnology and Breeding, book of abstract, 8-9., 2011
Events of the project
2022-01-10 11:31:17
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Növényi Molekuláris Biológiai Osztály (Agrártudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Mezőgazdasági Intézet (Agrártudományi Kutatóközpont).
