QTL mapping and validation of fertility restoration in West African sorghum A1 cytoplasm and identification of a potential causative mutation for Rf2

Abstract

Key message Major A 1 cytoplasm fertility restoration loci, Rf 2 and Rf 5 , were found in the West African sorghum. A potential causative mutation for Rf 2 was identified. KASP markers were validated on independent material. AbstractTo accelerate the identification and development of hybrid parental lines in West African (WA) sorghum, this study aimed to understand the genetics underlying the fertility restoration (Rf) in WA A1 cytoplasmic male sterility system and to develop markers for a routine use in WA breeding programs. We genotyped by sequencing three F2 populations to map the Rf quantitative trait loci (QTL), validated the molecular KASP markers developed from those QTL in two F2:3 populations, and assessed the most promising markers on a set of 95 R- and B-lines from WA breeding programs. Seven QTL were found across the three F2 populations. On chromosome SBI-05, we found a major fertility restorer locus (Rf5) for two populations with the same male parent, explaining 19 and 14% of the phenotypic variation in either population. Minor QTL were detected in these two populations on chromosomes SBI-02, SBI-03, SBI-04 and SBI-10. In the third population, we identified one major fertility restorer locus on chromosome SBI-02, Rf2, explaining 31% of the phenotypic variation. Pentatricopeptide repeat genes in the Rf2 QTL region were sequenced, and we detected in Sobic.002G057050 a missense mutation in the first exon, explaining 81% of the phenotypic variation in a F2:3 population and clearly separating B- from R-lines. The KASP marker developed from this mutation stands as a promising tool for routine use in WA breeding programs.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1007/s00122-018-3161-z) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Development and validation of CAPS-marker associated with the <i>Rf2</i> gene in sorghum (<i>Sorghum bicolor</i> (L.) Moench)

“…Список образцов представлен в таблице 1. В качестве референсных при разработке CAPS-маркера использовали нуклеотидные последовательности Sobic.002G057050, Sobic.002G054100, Sobic.002G054200, Sobic.002G059700 и XM_002459403.2, представленные в международных информационных базах (Plaza, 2020;Blast, 2020), а также фрагмент вариантной последовательности, ассоциированной с геном восстановления фертильности пыльцы Rf2 у инбредной R-линии Lata (Kante et al, 2018). Нумерация нуклеотидов соответствует последовательности Sobic.002G057050.…”

“…Для разработки CAPS-маркера, позволяющего идентифицировать вариантную последовательность локуса Sobic.002G057050, ассоциированную с доминантным аллелем Rf2, провели анализ отличий последовательности ДНК размером в один нуклеотид (SNP, Single Nucleotide Polymorphism) на участке длиной 26 нуклеотидов, приведенном в работе Канте с соавторами (Kante et al, 2018). В последовательности гена фрагмент находится в интервале между нуклеотидами 1081 и 1106 (рис.…”

“…Авторы секвенировали полноразмерную геномную последовательность гена-кандидата Rf2, изучили характер его экспрессии у линий, используемых в национальных селекционных программах по созданию гибридов сорго, провели анализ полиморфизма аллельных вариантов и предложили ряд SSR-маркеров для выявления функционального аллеля (Madugula et al, 2018). При изучении другого селекционного материала, используемого в гибридной селекции на территории Западной Африки, с использованием технологии секвенирования GBS Канте с соавторами (Kante et al, 2018) идентифицировали гены Rf2 и Rf5, а также QTL, влияющие на проявление признака восстановления фертильности пыльцы. В последовательности Sobic.002G057050 (ген Rf2) авторы выявили миссенс-мутацию в позиции 1090 первого экзона PPR-гена.…”

“…Мутация связана с нуклеотидной заменой А/Т и позволяет четко дифференцировать линии-восстановители фертильности (R-линии) и закрепители стерильности (В-линии). Для идентификации мутации была использована технология KASP™ (Конкурентная аллель-специфичная ПЦР /Competitive Allele Specific PCR) и разработан KASР 1 -маркер (Competitive Allele Specific PCR), и с помощью ПЦР исследован пул сортов сорго Северной Африки (Kante et al, 2018). Настоящее исследование посвящено разработке маркера CAPS 1 От Редактора: Маркер получил название KASP, поскольку акроним CASP, более правильный с грамматической точки зрения, уже к тому времени получил распространение в биологии для обозначения трансмембранного белка матрикса аппарата Гольджи (например, см.…”

Genotypic Diversity in 291 Maize Lines From Cimmyt and Phenotypic Characterization in Southern Cordoba, Argentina

“…Evidence about cytoplasmic effects on agronomic traits in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) has been mainly obtained from research on male sterile cytoplasms. Although several types of male sterile cytoplasms are known in sorghum -A1, A2, A3, A4, A4M, A4VZM, A4G1, A5, A6, 9E, M35 and KS-A1 is the most widely used for commercial hybrid seed production followed by A2, due to adverse effects on agronomic traits and poor environmental stability of male fertility restoration observed in the other types (Reddy et al, 2007;Kumar et al, 2011;Elkonin and Tsvetova, 2012;Kozhemyakin et al, 2017;Kante et al, 2018). The effect of cytoplasms on performance of grain sorghum hybrids varies according to different authors, although A3 hybrids consistently showed reduced grain yield compared to A1 and A2 hybrids.…”