Aantasting door groene bugs en Hessische vliegen kan de tarweopbrengst en -kwaliteit in Texas en wereldwijd aanzienlijk verminderen. Het fokken op resistentie tegen deze twee plagen met behulp van marker-assisted selectie heeft zojuist een nieuw hulpmiddel gekregen uit een Texas A&M AgriLife Research-onderzoek.

Omdat genetica de meest economische strategie is om verliezen te minimaliseren, AgriLife Research tarwegeneticus Dr. Shuyu Liu begon twee jaar geleden met het zoeken naar kweekvriendelijke markers voor die twee insecten. Deze stap is een voortzetting van het lopende genetische onderzoek naar insectenresistentie.

Door de jaren heen, een aantal greenbug-resistentiegenen zijn geïdentificeerd in tarwe en zijn verwanten op basis van hun differentiële reacties op verschillende biotypes, die variëren van A tot K. Er zijn ook 18 biotypes van Hessische vliegen, en omdat het de mogelijkheid heeft om resistentiegenen te overwinnen die in tarwecultivars worden ingezet door middel van mutaties, het is noodzakelijk om resistentiegenen uit verschillende bronnen te identificeren en te gebruiken voor tarweveredeling.

Wetenschappers gebruiken genetische markers om regio's te identificeren waar specifieke genen op een bepaalde plant te vinden zijn. Liu heeft de buurten of markers geïdentificeerd voor een gen dat resistentie tegen groene insecten biedt, Gb7, en een gen dat zorgt voor weerstand tegen Hessische vlieg, H32, bij tarwe.

Liu's werk is onlangs gepubliceerd in de Theoretische en toegepaste genetica Journal of Plant Breeding Research , detaillering van de ontwikkeling van de Kompetitive Allel Specific Polymerase Chain Reaction of KASP-assays voor beide genen.

Deelnemen aan Liu op de publicatie waren AgriLife Research tarwe teamleden Drs. Jackie Rudd, Amarillo, en Amir Ibrahim, Collegestation, beide tarwekwekers; Dr. Qingwu Xue, gewasstress fysioloog; Dr. Chor Tee Tan, een geassocieerd onderzoeker; evenals andere studenten en medewerkers in Amarillo.

Beide genen werden geïdentificeerd door eerder onderzoek, en gekoppelde markeringen voor hen werden in kaart gebracht, maar de detectiemethoden waren niet goed geschikt voor marker-geassisteerde selectie voor het evalueren van duizenden planten, zei Liu.

Hij zei dat het kennen van een adres niet betekent dat iemand weet waar in de stad naar te zoeken. Maar door het ontwikkelen van single-nucleotide polymorfisme, of SNP's, die flankerende markers omvatten die nauw met elkaar verbonden zijn en zich op chromosomen bevinden, genetici kunnen fokkers de buurt geven om te zoeken.

SNP's worden vervolgens omgezet in KASP-assays, die als fokkersvriendelijk worden beschouwd omdat ze gemakkelijker te gebruiken zijn, sneller en nauwkeuriger, hij zei.

Effectieve moleculaire markers die nauw verbonden zijn met de doelgenen, zijn de sleutel voor het succes van marker-ondersteunde selectie op eigenschappen zoals resistentie tegen groene insecten en Hessische vlieg, zei Liu. Bijvoorbeeld, een fokker screent doorgaans 1, duizenden foklijnen, en de KASP fungeert als een vlag om te zeggen dat de noodzakelijke genen voor een bepaalde eigenschap in een bepaalde lijn voorkomen.

Door het werk van Liu, beide genen kunnen nu gemakkelijk worden overgebracht naar een nieuwe tarwelijn door middel van marker-geassisteerde selectie.

Liu zei dat de Gb7 en H32 beide worden gevonden in een synthetische tarwe, W7984, wat een ouderlijn is voor een karteringspopulatie die tarweonderzoekers wereldwijd gebruiken. Synthetische tarwesoorten zijn door de mens gemaakte kruisingen tussen Durum of pasta-type tarwe en Aegilops tauschii. Deze eerste kruisingen geven toegang tot genen van de wilde verwanten van tarwe, waardoor de bruikbare genetische diversiteit voor veredelaars wordt vergroot om wintertarwerassen te verbeteren.

De karteringspopulatie is meer dan 10 jaar geleden ontwikkeld door het International Triticum Mapping Initiative, maar geen van deze genen is tot nu toe gebruikt voor resistentie in fokprogramma's, hij zei.

"De reden dat ik denk dat ze niet werden gebruikt, is dat ze in een synthetische lijn zaten en het meer inspanning vergde om ze over te zetten naar adaptieve tarwelijnen, " zei hij. "Wat we met de KASP-marker hebben gedaan, is dat ze gemakkelijker te vinden en te gebruiken zijn."

Bijvoorbeeld, TAM 114, een nieuwere, steeds populairder wordende variëteit van Texas A&M-tarwe, heeft geen resistentie tegen greenbugs en heeft slechts beperkte Hessische vliegresistentie, zei Liu.

"Maar met deze nieuwe kennis, fokkers kunnen kruisen met TAM 114 en zijn superieure eindgebruikskwaliteit behouden en verbeteren met de Gb7- en H32-genen, " zei hij. "Dit zal de nieuwe lijn meer aanpasbaar maken aan de regio's waar Hessische vlieg een probleem is."

Door tarwelijnen te kruisen met de geïdentificeerde KASP-markeringen, het proces om de zuivere lijn met geselecteerde eigenschappen te ontwikkelen kan veel nauwkeuriger zijn, zei Liu.

Liu zei dat hij naar deze markers begon te zoeken omdat het TAM-fokprogramma veel gebruik heeft gemaakt van synthetisch kiemplasma, zodat de markers snel zullen worden geïmplementeerd.

Om op dit punt te komen, Liu gebruikte genotype-by-sequencing markers ontwikkeld door andere onderzoeksgroepen, en uiteindelijk werden de KASP-markers gevalideerd met behulp van de reeks synthetische tarwelijnen. Elke lijn van die karteringspopulatie werd gescreend op reacties door greenbug en Hessian fly door twee centra van het Amerikaanse Department of Agriculture Agricultural Research Service.

"We hebben vastgesteld dat ze zeer effectief zijn onder veel genetische achtergronden, " zei hij. "Genetische diversiteit en genetische winst zijn altijd belangrijk voor tarwekwekers."