Flow cytometric sorting of goatgrass (Aegilops) chromosomes and their use for molecular marker development  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
83444
Type PD
Principal investigator Molnár, István
Title in Hungarian Kecskebúza (Aegilops) fajok kromoszómáinak kiválogatása áramlásos citometria segítségével és felhasználásuk molekuláris markerek előállítására
Title in English Flow cytometric sorting of goatgrass (Aegilops) chromosomes and their use for molecular marker development
Keywords in Hungarian Aegilops, fluoreszcens in situ hibridizáció (FISH), SSR marker, flow-sorting, NGS szekvenálás
Keywords in English Aegilops, fluorescence in situ hybridization (FISH), SSR marker, flow-sorting, NGS sequencing
Discipline
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)60 %
Plant breeding (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Plant gene bank basic research (Council of Complex Environmental Sciences)20 %
Panel Plant and animal breeding
Department or equivalent Department of Genetic Resources (Centre for Agricultural Research, Hungarian Academy of Sciences)
Starting date 2011-01-01
Closing date 2014-06-30
Funding (in million HUF) 15.000
FTE (full time equivalent) 2.80
state closed project
Summary in Hungarian
A termesztett búza stressztűrő képessége javítható a búzával rokon, vad Aegilops fajok hasznos agronómiai tulajdonságait kódoló kromoszóma régiók átvitelével nemzetségkeresztezés révén. A keresztezések során létrejövő búza-Aegilops introgressziós vonalak kiválogatása molekuláris citogenetikai módszerekkel rendkívül hosszadalmas munka. A probléma megoldását az egyes Aegilops fajok kromoszómáira specifikus PCR-alapú SSR markerek használata jelenthetné, mivel ezek segítségével évente több ezer egyed genotipizálható és szelektálható.
A pályázat célja Aegilops specifikus SSR markerek létrehozása. Ennek során a különböző Aegilops fajokból izolált egyedi (flow-sorted) kromoszómákat molekuláris citogenetikai módszerekkel (GISH, FISH) azonosítjuk, majd szekvenálásuk után bioinformatikai módszerekkel megkeressük a mikroszatellit ismétlődéseket határoló szekvenciákat és megtervezzük az SSR markerek primereit. Az SSR markerek specificitását különböző Aegilops fajokon és búza-Aegilops addíciós vonalakon teszteljük.
Az új SSR markerek elősegítik az előnyös tulajdonságokért felelős Aegilops kromoszóma régiók térképezését és nagyszámú transzlokáció kiválogatásával a búzanemesítésben történő felhasználását. A kromoszómák szekvenálása további összehasonlító genomikai és evolúciós kérdések vizsgálatát, míg a flow-sorted kromoszóma DNS-ből készíthető BAC könyvtárak gének izolálását és a kromoszómák fizikai térképezését teszik lehetővé.
Summary
The stress tolerance of bread wheat can be improved by the transfer of chromosome regions related to useful agronomic traits from Aegilops species, the wild relatives of wheat. The selection of wheat-Aegilops introgression lines by cytological methods is an extremely long-term process. A solution for this problem could be the use of PCR-based SSR markers specific to the Aegilops chromosomes, as this method enables the genotyping and selection of several thousands of plants annually.
The aim of the application is to develop SSR markers specific to the Aegilops species. During this research the individual (flow-sorted) chromosomes will be identified by molecular cytogenetic methods (FISH and GISH), and after their sequencing the flanking regions of the microsatellite repeats will be located and the primer sequences of the SSR markers will be constructed by bioinformatics methods. The specificity of the SSR markers will be tested on different Aegilops species and on wheat-Aegilops addition lines.
The new SSR markers will support the mapping of chromosome regions related to the useful agronomic traits of Aegilops and will assist the use of them in wheat breeding by accelerating the selection of large numbers of wheat-Aegilops translocations. Chromosome sequencing will be the basis of genomic and evolutionary comparisons, while the sorted chromosome-based BAC libraries can be used in projects relating to gene isolation or physical mapping of the Aegilops chromosomes.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Kutatási célunk az volt, hogy Aegilops kromoszómák izolálásával, szekvenálásával és kromoszóma specifikus markerek előállításával segítsük a vad génváltozatok átvitelét és a jól adaptálódó búzafajták előállítását. Eredményeink összefoglalásául elmondható, hogy (1) a létrehozott FISH kariotípusok elősegítik az Aegilops kromoszómák nyomonkövetését a búza előnemesítési programokban és lehetővé tették az izolált kromoszómák azonosítását. (2) A kromoszómák méret, illetve hibridizációs jelek alapján történő áramlásos-citometriás izolálása lehetővé tette az Ae. umbellulata genom egyedi kromoszómákra bontását, és kromoszómák izolálását további 6 Aegilops és 1 Triticum fajból. (3) Az Ae. umbellulata és Ae. biuncialis 1U, 3U, 6U és 1Ub kromoszómáinak szekvenálásával először nyílt lehetőség e fajok genomstruktúrájának, a kromoszómák génösszetételének szekvencia szintű vizsgálatára, az Aegilops kromoszómák és a Bracypodium, rizs, cirok és árpa közti homológia meghatározására. (4) Az Ae. umbellulata-ban és Ae. biuncialis-ban azonosított kromoszóma átrendeződések értékes referenciaként szolgálhatnak a kecskebúzák genomevolúciójának tanulmányozásához. (5) Az izolált kromoszómákon azonosított illetve a kromoszómák szekvencia adatai alapján tervezett új gén alapú markerek a jövőben alapját képezhetik a vad Aegilops fajok genetikai térképek előállításának, hasznos agronómiai tulajdonságok térképezésének és ezek marker kapcsolt szelekcióval történő átvitelének a búzába.
Results in English
The aim of our research was to support the alien gene transfer and the production of wheat cultivars with good adaptability by the isolation and sequencing of Aegilops chromosomes and by the production of chromosome specific markers. Summarizing the results: (1) The produced FISH karyotypes will facilitate the following of Aegilops chromosomes in the wheat prebreeding programmes and allowed the identification of isolated chromosomes. (2) the flow-cytometric sorting of chromosomes by size and by hybridisation signals allowed the dissection of the genome of Ae. umbellulata into chromosomes and purification of individual chromosomes from additional six Aegilops and one Triticum species. (3) By the sequencing of Ae. umbellulata and Ae. biuncialis chromosomes 1U, 3U, 6U and 1Ub opened the way for the first sequence-level insights into the genome structure of Aegilops, the gene composition of the chromosomes and for establishing the syntenic relationships between the Aegilops chromosomes and genomes of Brachypodium, rice, sorghum, barley. (4) Chromosomal rearrangements were discovered in Ae. umbellulata and Ae. biuncialis, providing a valuable reference to study genome evolution in Aegilops. (5) The new gene-based markers identified on the sorted chromosomes or designed by the use of chromosomal sequence data will be used for the production of genetic map for wild species and for mapping of useful agronomic traits as well as its transfer by marker assisted selection into wheat.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83444
Decision
Yes





 

List of publications

 
András Farkas, István Molnár, Sándor Dulai, Sándor Rapi, Vince Oldal, András Cseh, Klaudia Kruppa, Márta Molnár-Láng.: IDENTIFICATION OF WHEAT –AE.BIUNCIALIS INTROGRESSION LINES CONTAINING CHROMOSOME 3Mb AND EVALUATE THEIR POTENTIAL TO IMPROVE MICRONUTRIENT CONTENT OF WHEAT, In eds.: Kőszegi I and Pósa T: ’Our future’ book of abstracts. Pannonian Plant Biotechnology Conference For PhD Students in Plant Biology in Connection to theEPSO Fastina, 2013
Molnár, I. Kubaláková M, Simková H, Farkas A, Cseh A, Megyeri M, Vrána J, Molnár-Láng M, Doležel J:: Laying Foundations of Chromosome Genomics in Diploid Progenitors of Hexaploid Wheat., In Plant and Animal Genome XXI Conference. January 11 - 16, 2013, San Diego, CA Poster : P0226, 2013
Molnár I, Vrána J, Burešová V, Cápal P, Farkas A, Molnár-Láng M, Doležel J (2014): Establishment of chromosome genomics in wild wheat relatives: Dissecting the S, U, M and C genomes of Aegilops by biparametric chromosome sorting., 2014 Annual Main Meeting of the Society of Experimental Biology, 1st - 4th of July, Manchester, UK. Abstract C3.14 pp. 98., 2014
Darkó É, Molnár I, Molnár-Láng M.: Characterization of drought tolerance in wheat/Aegilops introgression lines., 2014 Annual Main Meeting of the Society of Experimental Biology, 1st - 4th of July, Manchester, UK. Abstract P4.28 pp. 173, 2014
Megyeri M, Farkas A, Varga M, Kovács G, Molnár-Láng M and Molnár I.: Karyotypic analysis of Triticum monococcum using standard repetitive DNA probes and simple sequence repeats., Acta Agronomica Hungarica, 60: 87–95., 2012
Molnár I, Kubaláková M, Šimková H, Cseh A, Molnár-Láng M. and Doležel J.: Chromosome isolation by flow sorting in Aegilops umbellulata and Ae. comosa and their allotetraploid hybrids Ae. biuncialis and Ae. geniculata., PLoS ONE 6(11): e27708, 2011
Molnár I, Šimková H, Kubaláková M, Leverington-Waite M, Goram R, Cseh A, Farkas A, Molnár-Láng M, Griffiths S, Doležel J.: Flow-cytometric dissection the U and M genomes facilitate the physical mapping of Aegilops species, The 15th International EWAC Conference, 7-11 November, 2011 Novi Sad, Serbia. pp. 16, 2011
Šimková H, Kubaláková M, Šafář J, Bartoš J, Valárik M, Vrána J, Molnár I, Hernandez P, Mayer K, Stein N, Doležel J.: Chromosome genomics in plants, 18th International Chromosome Conference, 29 August to 2 September 2011 Manchester, UK, poster22, 2011
Šimková H, Kubaláková M, Bartoš J, Šafář J, Číhalíková J, Molnár I, Luo MC, Hernandez P, Mayer KFX, Kilian A, Doležel J: Chromosomal Approach to Break the Wheat Genome, The Plant Genomics European Meeting (Plant GEM) meets global challenges. 4-7 of May 2011, Istanbul, Turkey. Abstract Book pp25. P14, 2011
Landjeva S, Kocheva K, Kartseva T, Sepsi A, Molnár I, Schneider A, Georgiev G, Molnár-Láng M: Molecular cytogenetic identification of a wheat-Aegilops geniculata Roth spontaneous chromosome substitution and its effects on the growth and physiological responses of, Plant Breeding 131: 81-87., 2012
Megyeri M, Molnár-Láng M and Molnár I.: Cytomolecular identification of individual wheat-wheat chromosome arm associations in wheat-rye hybrids, Cytogenetic and Genome Research, accepted, 2013
Molnár I, Cifuentes M, Schneider A, Benavente E, Molnár-Láng M.: Association between SSR-rich chromosome regions and intergenomic translocation breakpoints in natural populations of allopolyploid wild wheats., Annals of Botany 107(1): 65-76., 2011
Landjeva S, Kocheva K, Nenova V, Sepsi A, Molnár I, Schneider A, Kartseva T, Ganeva G, Georgiev G, Molnár-Láng M: Aegilops geniculata chromosome introgressions into bread wheat and their effects on plant physiological responses to abiotic stress., Börner A and Kobijlski B (Eds.): European Cereals Genetics Co-operative Newsletter. Proceedings of the 15th International EWAC Conference, 7-11 November 2011, Novi Sad, S, 2012
Molnár I, Šimková H, Kubaláková M, Leverington-Waite M, Goram R, Cseh A, Farkas A, Molnár-Láng M, Griffiths S, Doležel J: Flow cytometric sorting of the U- and M-genome chromosomes facilitates physical mapping in Aegilops species., Börner A and Kobijlski B (Eds.): European Cereals Genetics Co-operative Newsletter. Proceedings of the 15th International EWAC Conference, 7-11 November 2011, Novi Sad, S, 2012
Molnár-Láng M, Linc G, Szakács É, Molnár I, Cseh A, Schneider A, Kruppa K: Molecular cytogenetic techniques in prebreeding., Bedő Z and Láng L (Eds.) Plant breeding for future generations, proceedings of the 19th EUCARPIA general congress. 21-24 May 2012, Budapest Hungary. pp. 81-85., 2012
Molnár I, Šimková H, Kubaláková M, Leverington-Waite M, Goram R, Cseh A, Farkas A, Molnár-Láng M, Griffiths S, Doležel J: Extending the chromosome-based genomics for wild wheat species with U and M genomes., Bedő Z and Láng L (Eds.) Plant breeding for future generations, proceedings of the 19th EUCARPIA general congress. 21-24 May 2012, Budapest Hungary. pp. 94-97., 2012
Farkas A, Megyeri M, Molnár-Láng M, Molnár I: The use of simple sequence repeats for the karyotypic analysis of wild relatives of wheat., Bedő Z and Láng L (Eds.) Plant breeding for future generations, proceedings of the 19th EUCARPIA general congress. 21-24 May 2012, Budapest Hungary. pp. 250., 2012
Megyeri M, Mikó P, Kovács G, Molnár-Láng M, Molnár I.: Cytomolecular analysis of individual chromosome pairing in wheat-alien hybrids., Bedő Z and Láng L (Eds.) Plant breeding for future generations, proceedings of the 19th EUCARPIA general congress. 21-24 May 2012, Budapest Hungary. pp. 261., 2012
Cseh A, Molnár I, Türkösi E, Molnár-Láng M: Introgression of rye resistance genes into wheat by combining classical and molecular genetic approaches., Bedő Z and Láng L (Eds.) Plant breeding for future generations, proceedings of the 19th EUCARPIA general congress. 21-24 May 2012, Budapest Hungary. pp. 319., 2012
Molnár I, Martis M, Šimková H, Kubaláková M, Vrána J, Cattonaro F, Molnár-Láng M, Mayer K, Doležel J: Development of chromosome genomics in wild relatives of wheat (Aegilops spp.)., XX. International Plant and Animal Genome Conference, january 14-18, 2012, San Diego, CA. P0338, 2012
Martis M, Molnár I, Vrána J, Kubaláková M, Šimková H, Cattonaro F, Molnár-Láng M, Mayer K, Doležel J: Comparative sequence analysis of chromosomes isolated from two wild relatives of wheat (Aegilops umbellulata and Ae. biuncialis)., 22nd International Triticeae Mapping Initiative Workshop "ITMI-NWGC 2012" 25-29 June 2012, Fargo, North Dakota., 2012
Megyeri M, Molnár-Láng M and Molnár I.: Cytomolecular identification of individual wheat-wheat chromosome arm associations in wheat-rye hybrids, Cytogenetic and Genome Research, 139:128-136, 2013
3. Molnár I., Šimková H., Leverington-Waite M., Goram R., Cseh A., Vrána J., Farkas A., Doležel J., Molnár-Láng M., Griffiths S.: Syntenic relationships between the U and M genomes of Aegilops, wheat and the model species Brachypodium and rice as revealed by COS markers, PLoS ONE 8(8): e70844., 2013
Sándor Dulai, István Molnár, Dóra Szopkó, Éva Darkó, András Vojtkó, Andrea Sass-Gyarmati and Márta Molnár-Láng: Wheat-Aegilops biuncialis amphiploids have efficient photosynthesis and biomass production during osmotic stress., Journal of Plant Physiology, 171: 509-517., 2014
5. András Farkas, István Molnár, Sándor Dulai, Sándor Rapi, Vince Oldal, András Cseh, Klaudia Kruppa, Márta Molnár-Láng: Increased micronutrient content (Zn, Mn) in the 3Mb(4B) wheat-Aegilops biuncialis substitution and 3Mb.4BS translocation identified by GISH and FISH., Genome, 57: 61–67 IF: 1.668, 2014
3. István Molnár, Marie Kubaláková, Hana Šimková, András Farkas, András Cseh, Mária Megyeri, Jan Vrána, Márta Molnár-Láng, Jaroslav Doležel: Flow cytometric chromosome sorting from diploid progenitors of bread wheat, T. urartu, Ae. speltoides and Ae. tauschii., Theoretical and Applied Genetics, 127:1091–1104, 2014




Back »