การพัฒนาเครื่องหมาย ILP จากยีนที่มีความเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์น้ำตาลซูโครสในอ้อย และการศึกษาโครงสร้างพันธุกรรมอ้อย (Development of ILP markers from genes related to sucrose metabolism in sugarcane and genetic structure of sugarcane)
DOI:
https://doi.org/10.14456/10.14456/tjg.2014.12Keywords:
อ้อย (sugarcane), เครื่องหมายไอแอลพี (ILP markers), โครงสร้างพันธุกรรม (genetic structure)Abstract
Intron length polymorphism (ILP) markers were developed from genes involving in sucrose metabolism using data from KEGG pathway and a previous study of microarray. Of 121,301 sugarcane ESTs (42,377 sugarcane assembled sequences and 78,924 singleton ESTs), 91 ESTs with predicted function in sucrose metabolism were obtained. Intron positions were determined by aligning the ESTs with genomic sequences of sorghum. The conserved sequences flanking the intron regions were used to design 195 ILP markers. The ILP markers were deployed to assess population structure of 200 sugarcane cultivars (Saccharum spp. L.). The polymorphic 89 alleles were detected. The average polymorphism information content (PIC) was 0.23. The number of subpopulations (K) of 200 sugarcane cultivars was two (K=2). Subpopulation I consisted of most sugarcane varieties sharing the common parent of POJ2878 while most sugarcane varieties in subpopulation II related to the common parent of Trojan and Nco310. The ILP markers developed in this study had a potential for utilizing in association mapping of sucrose content in sugarcane. The knowledge of population structure obtained in this study should be useful to future breeding programs for increasing genetic diversity of sugarcane varieties.
เครื่องหมาย intron length polymorphism (ILP) ได้รับการพัฒนาจากยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์น้ำตาลซูโครส โดยใช้ข้อมูลจาก KEGG pathway และผลการศึกษาการทำงานของยีนด้วยไมโครแอเรย์ จากข้อมูลลำดับ เบส ESTs ของอ้อย 121,301 ลำดับ (42,377 sugarcane assembled sequences และ 78,924 singleton ESTs) สามารถคัดเลือก ESTs ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์น้ำตาลซูโครสได้ทั้งหมด 91 ลำดับ ทำนายตำแหน่งอินทรอนด้วยเปรียบเทียบลำดับเบส EST ของอ้อยกับลำดับเบสจีโนมของข้าวฟ่าง และออกแบบไพรเมอร์ทั้งหมด 195 คู่ไพรเมอร์จากบริเวณอนุรักษ์ที่คร่อมตำแหน่งอินทรอนอยู่ ในการวิเคราะห์โครงสร้างประชากรอ้อย (Saccharum spp. L.) 200 ตัวอย่าง พบว่าเครื่องหมาย ILP ตรวจพบแอลลีลได้ 89 แอลลีล มีค่า polymorphism information content (PIC) เฉลี่ย 0.23 ผลการวิเคราะห์หาจำนวนประชากรย่อย (K) พบว่ากลุ่มตัวอย่างอ้อยแบ่งออกเป็น 2 ประชากรย่อย (K=2) โดยกลุ่มประชากรย่อยที่หนึ่งมีความสัมพันธ์ทางเครือญาติกับอ้อยสายพันธุ์ POJ2878 กลุ่มประชากรย่อยที่สองมีความสัมพันธ์ทางเครือญาติกับอ้อยสายพันธุ์ Trojan และ NCo310 เครื่องหมาย ILP ที่พัฒนาขึ้นในการทดลองนี้สามารถนำไปใช้วิเคราะห์หาความสัมพันธ์กับระดับน้ำตาลซูโครสในอ้อยได้ และขัอมูลโครงสร้างพันธุกรรมอ้อยที่ได้จากการทดลองนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับแนวทางในการขยายฐานพันธุกรรมอ้อย
References
Al-Janabi SM, Parmessur Y, Kross H, Dhayan S, Saumtally S, Ramdoyal K, Autrey LJC, Dookun-Saumtally A (2007) Identification of a major quantitative trait locus (QTL) for yellow spot (Mycovellosiella koepkei) disease resistance in sugarcane. Mol Breed 19: 1–14.
Benbouza H, Jacquemin JM, Baudoin T, Mergeai G (2006) Optimization of a reliable, fast, cheap and sensitive silver staining method to detect SSR markers in polyacrylamide gels. Biol Agron Soc Env 10: 77–81.
Cheavegatti-Gianotto A, Couto de Abreu HM, Arruda P, Filho JCB, Burnquist WE, Creste S, Ciero LD, Ferro JA, Figueira AVDO, Filgueiras TDS, et al. (2011) Sugarcane (Saccharum X officinarum): A reference study for the regulation of genetically modified cultivars in Brazil. Trop Plant Biol 4: 62–89.
Evanno G, Regnaut S, Goudet J (2005) Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Mol Ecol 14: 2611–2620.
Falush, D, Stephens M, Pritchard JK (2003) Inference of population structure: Extensions to linked loci and correlated allele frequencies. Genetics 164: 1567–1587.
Gawel N, Jarret R (1991) A Modified CTAB DNA extraction procedure for Musa and Ipomoea. Plant Mol Bio Rep 9: 262–266.
Heller-Uszynska K, Uszynski G, Huttner E, Evers M, Carlig J, Caig V, Aitken K, Jackson P, Piperidis G, Cox M, et al. (2011) Diversity Arrays Technology effectively reveals DNA polymorphism in a large and complex genome of sugarcane. Mol Breeding 28: 37–55.
Jannoo N, Grivet L, Chantret N, Garsmeur O, Glaszmann JC, Arruda P, D'Hont A (2007) Orthologous comparison in a gene-rich region among grasses reveals stability in the sugarcane polyploid genome. Plant J 50: 574–585.
Li D, Xia Z, Deng Z, Liu X, Dong J, Feng F (2011) Development and characterization of intron-flanking EST-PCR markers in rubber tree (Hevea brasiliensis Muell. Arg.). Mol Biotechnol 51: 148–159.
Liu H, Lin Y, Chen G, Shen Y, Liu J, Zhang S (2012) Genome-scale identification of resistance gene analogs and the development of their intron length polymorphism markers in maize. Mol Breeding 29: 437–447.
Liu K, Muse SV (2004) PowerMarker: An integrated analysis environment for genetic marker analysis. Bioinformatics 21: 2128–2129.
McCormick AJ, Cramer MD, Watt DA (2008) Differential expression of genes in the leaves of sugarcane in response to sugar accumulation. Tropical Plant Biol 1: 142–158.
Nei M, Li WH (1979) Mathematical model for studying genetic variation in terms of restriction endonucleases. Proc Natl Acad Sci USA 76: 5269–5273.
Oliveira KM, Pinto LR, Marconi TG, Mollinari M, Ulian EC, Chabregas M, Falco MC, Burnquist W, Garcia AAF, Souza AP (2009) Characterization of new polymorphic functional markers for sugarcane. Genome 52: 191–209.
Papini-Terzi FS, Rocha FR, Vêncio RZN, Felix JM, Branco DS, Waclawovsky AJ, Bem LED, Lembke CG, Costa MDL, Nishiyama-Jr MY, et al. (2009) Sugarcane genes associated with sucrose content. BMC Genomics 10: 120.
Pritchard JK, Stephens M, Donnelly P (2000) Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics 155: 945–959.
Raboin LM, Pauquet J, Butterfield M, D’Hont A, Glaszmann JC (2008) Analysis of genome-wide linkage disequilibrium in the highly polyploid sugarcane. Theor Appl Genet 116: 701–714.
Ren XY, Vorst O, Fiers MWEJ, Stiekema WJ, Nap JP (2006) In plants, highly expressed genes are the least compact. Trends Genet 22: 528–532.
Rohlf FJ. (1998) NTSYSpc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System, version 2.0, Exeter Software, Setauket, New York.
Rossi M, Araujo PG, Paulet F, Garsmeur O, Dias M, Chen H, VanSluys MA, D’Hont A (2003) Genomic distribution and characterization of EST-derived resistance gene analogs (RGAs) in sugarcane. Molec Genet Genomics 269: 406–419.
Saisug W, Ukoskit K (2013) Comparative analysis of EST-derived markers for allelic variation in Jatropha curcas L. and cross transferability among economically important species of Euphorbiaceae. Genes Genom 35: 1–12.
Shu Y, Li Y, Zhu Y, Zhu Z, Lv D, Bai X, Cai H, Ji W, Guo D (2010) Genome-wide identification of intron fragment insertion mutations and their potential use as SCAR molecular markers in the soybean. Theor Appl Genet 121: 1–8.
Tamura K, Peterson D, Peterson N, Stecher G, Nei M, Kumar S (2011) MEGA5: Molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol Biol Evol 28: 2731–2739.
Ukoskit K, Thipmongkolcharoen P, Chatwachirawong P (2012) Novel expressed sequence tag-simple sequence repeats (EST-SSR) markers characterized by new bioinformatic criteria reveal high genetic
similarity in sugarcane (Saccharum spp.) breeding lines. Afr J Biotechnol 11: 1337–1363
Vettore AL, Silva FRD, Kemper EL, Souza GM, Silva AMD, Ferro MIT, Henrique-Silva F, Giglioti EA, Lemos MVF, Coutinho LL, et al. (2003) Analysis and functional annotation of an expressed sequence tag collection for tropical crop sugarcane. Genome Res 13: 2725–2735.
Wang X, Zhao X, Zhu J, Wu W (2005) Genome-wide investigation of intron length polymorphisms and their potential as molecular markers in rice (Oryza sativa L.). DNA Res 12: 417–427.
Wongpraneekul A (2008) Pedigree analysis of Thai sugarcane germplasm. Master of Science (Plant Breeding) Kasetsart University, Bangkok.
Yang L, Jin G, Zhao X, Zheng Y, Xu Z, Wu W (2007a) PIP: a database of potential intron polymorphism markers. Bioinformatics 23: 2174–2177.
Yang Y, Zhao XL, Xia LQ, Chen XM, Xia XC, Yu Z, He ZH, Roder M (2007b) Development and validation of a Viviparous-1 STS marker for pre-harvest sprouting tolerance in Chinese wheats. Theor Appl Genet 115: 971–980.
Zeida M, Yu JK, Goldowitz I, Dentond ME, Costichd DE, Jayasuriyaa CT, Sahac M, Elshire R, Benscher D, Breseghellof F, et al. (2010) Cross-amplification of EST-derived markers among 16 grass species. Field Crop Res 118: 28–35.
KEGG pathway, http://www.genome.jp/kegg/pathway.html (May 2015)
Office of the cane and sugar board, http://www. ocsb.go.th/th/home/index.php (May 2015)
Phytozome, http://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html (May 2015)
