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Phenotypic key factors, genetic regions and genes associated to cluster architecture in grapevine (Vitis vinifera)
Weltweit rangieren domestizierte Reben (Vitis vinifera) unter den meistangebauten Obstkulturen. Die geernteten Trauben werden geschätzt als nahrhaftes Obst, für die Herstellung von Traubensaft und für die Vinifikation begehrter Weine. Vitis vinifera Sorten dominieren den globalen Weinbau, jedoch sind diese Sorten hoch anfällig gegenüber pilzlichen Schaderregern und müssen intensiv mit Fungiziden behandelt werden. Der Anbau pilzresistenter Sorten reduziert den Fungizideinsatz um 60 %. Grauschimmel, verursacht durch Botrytis cinerea, ist ein Hauptpathogen im Weinbau und nimmt eine gesonderte Stellung in der Resistenzzüchtung ein. Für dieses Pathogen sind derzeit keine aktiven zellulären Resistenzmechanismen bekannt. Deshalb zielt die Resistenzzüchtung auf das Einkreuzen physikalischer Eigenschaften ab, die den Infektionsmechanismus des Pathogens behindern. Lockere Traubenarchitektur hat hierbei eine zentrale Rolle. Um genetische Ursachen für lockere Traubenarchitektur zu identifizieren wurden F1 Individuen aus der Kreuzung (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) und somatische Varianten der Sorte ‘Pinot Noir’ mit signifikanten Unterschieden in der Traubenkompaktheit untersucht. Die phänotypischen Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass sechs von 20 erfassten Untermerkmalen der Traubenachitektur eine herausragende Rolle für den Grad der Traubenkompaktheit spielen. Traubengewicht, Beerenanzahl, Beerenvolumen, Rachislänge, Schulterlänge und Pedicellänge sind für die Züchtung des komplexen Merkmals Lockerbeerigkeit von vorrangiger Bedeutung. Dies gilt sowohl für 149 phänotypisch diverse F1 Individuen der Kreuzugspopulation, als auch für lockere und kompakte ‘Pinot Noir’ Klone aus fünf Selektionslinien. Die genetischen Untersuchungen identifizieren acht Regionen des Referenzgenoms für Reben auf denen merkmalsgekoppelte quantitative Loci für bis zu vier Faktoren der Traubenarchitektur gemeinsam lokalisiert sind. Darüber hinaus können molekulare Marker mit starker Kopplung zu Faktoren der Traubenarchitektur benannt werden. Mit der Kombination aus drei der ermittelten molekularen Marker können 29% der unerwünschten kompakten Genotypen in der Kreuzungspopulation (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) selektionieret werden. Expressionsstudien an mehreren Standorten zeigen, dass die differentielle Genexpression von 15 Kandidatengenen stabil mit Traubenarchitekturparametern von ‘Pinot Noir’ Klonen korreliert. In weiteren Studien mit, in Bezug auf Traubenarchitektur, stark unterschiedlichen Individuen aus diversem genetischem Hintergrund ergibt sich, dass das Transkriptionsfaktor kodierende Gen PRE6 und weitere sechs Gene mit Bezug zu Auxinmetabolismus, Zellwandlockerung und Strigolaktonen zwischen lockeren und kompakten Individuen differentiell exprimiert sind. Diese Gene können dazu geeignet sein um molekulare Marker für Traubenarchitektur zu entwickeln. Diese Marker können dann zur MAS von optimiertem Zuchtmaterial mit physikalischer Resilienz gegen Botrytis cinerea eingesetzt werden. ; Cultivated grapevine (Vitis vinifera) is one of the most widely grown fruit crops in the world and held in high regard for its nourishing fruits, sweet juices and iconic wines. Global viticulture predominantly utilizes Vitis vinifera varieties, because they convey sensory attributes corresponding to the current consumer ideal of product quality. However, they are also highly susceptible to fungal pathogens, and therefore require intense applications of plant protection products with adverse side effects. Newly bred varieties with resistances against fungal pathogens reduce the necessity for fungicide application by 60%. For grey mold, a severe threat in viticulture, an active resistance mechanism is still not feasible. Therefore, grapevine-breeding aims at introducing fungi-static physical properties. The central hub of these physical barriers is a loosely clustered variety. The enhanced available space between the berries provides the framework for the effective formation of a firm berry surface and waxy cover and is restricting the time-span with favorable moisture conditions for fungal infections. The experimental design of this thesis draws on different sources of natural variance: Firstly, the F1 generation of the cross (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) and secondly, somatic variants of the variety ‘Pinot Noir’ showing significantly different cluster compactness. The phenotypic assessment in both sources of natural variation identified six main drivers for cluster compactness. Cluster weight, berry number, berry volume, rachis length, shoulder length and pedicel length are main drivers of cluster compactness. The genetic approach exposed eight overlapping regions with up to four quantitative trait loci for important architecture sub-traits that are physically co-located on the grapevine reference genome. In addition, several molecular markers with strong linkage to these cluster architecture sub-traits could be proposed. It was possible to exploit three of these markers for MAS against unwanted compactly clustered individuals. So, the number of undesirable compact clustered genotypes could be reduced by 29 % without selecting a single false positive in the investigated population. The gene expression of 15 candidate genes consistently correlates to cluster architecture variations of ‘Pinot Noir’ clones in a multi environmental experiment. The transcription factor gene PRE6 and six genes related to auxin metabolism, cell wall loosening, brassinosteroids and strigolactones showed differential expression in a further extended set of phenotypically divergent individuals from a genetically diverse background. The genetic approach and the gene expression experiments provide multiple lines of evidence for the reported candidate genes. Thus, the candidate genes presented here may have the capacity to be successfully involved in marker development with the aim of selecting cluster architecture traits in MAS enabling breeders to identify optimized breeding material with physical resilience to fungal pathogens such as Botrytis cinerea.
Phenotypic key factors, genetic regions and genes associated to cluster architecture in grapevine (Vitis vinifera)
Weltweit rangieren domestizierte Reben (Vitis vinifera) unter den meistangebauten Obstkulturen. Die geernteten Trauben werden geschätzt als nahrhaftes Obst, für die Herstellung von Traubensaft und für die Vinifikation begehrter Weine. Vitis vinifera Sorten dominieren den globalen Weinbau, jedoch sind diese Sorten hoch anfällig gegenüber pilzlichen Schaderregern und müssen intensiv mit Fungiziden behandelt werden. Der Anbau pilzresistenter Sorten reduziert den Fungizideinsatz um 60 %. Grauschimmel, verursacht durch Botrytis cinerea, ist ein Hauptpathogen im Weinbau und nimmt eine gesonderte Stellung in der Resistenzzüchtung ein. Für dieses Pathogen sind derzeit keine aktiven zellulären Resistenzmechanismen bekannt. Deshalb zielt die Resistenzzüchtung auf das Einkreuzen physikalischer Eigenschaften ab, die den Infektionsmechanismus des Pathogens behindern. Lockere Traubenarchitektur hat hierbei eine zentrale Rolle. Um genetische Ursachen für lockere Traubenarchitektur zu identifizieren wurden F1 Individuen aus der Kreuzung (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) und somatische Varianten der Sorte ‘Pinot Noir’ mit signifikanten Unterschieden in der Traubenkompaktheit untersucht. Die phänotypischen Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass sechs von 20 erfassten Untermerkmalen der Traubenachitektur eine herausragende Rolle für den Grad der Traubenkompaktheit spielen. Traubengewicht, Beerenanzahl, Beerenvolumen, Rachislänge, Schulterlänge und Pedicellänge sind für die Züchtung des komplexen Merkmals Lockerbeerigkeit von vorrangiger Bedeutung. Dies gilt sowohl für 149 phänotypisch diverse F1 Individuen der Kreuzugspopulation, als auch für lockere und kompakte ‘Pinot Noir’ Klone aus fünf Selektionslinien. Die genetischen Untersuchungen identifizieren acht Regionen des Referenzgenoms für Reben auf denen merkmalsgekoppelte quantitative Loci für bis zu vier Faktoren der Traubenarchitektur gemeinsam lokalisiert sind. Darüber hinaus können molekulare Marker mit starker Kopplung zu Faktoren der Traubenarchitektur benannt werden. Mit der Kombination aus drei der ermittelten molekularen Marker können 29% der unerwünschten kompakten Genotypen in der Kreuzungspopulation (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) selektionieret werden. Expressionsstudien an mehreren Standorten zeigen, dass die differentielle Genexpression von 15 Kandidatengenen stabil mit Traubenarchitekturparametern von ‘Pinot Noir’ Klonen korreliert. In weiteren Studien mit, in Bezug auf Traubenarchitektur, stark unterschiedlichen Individuen aus diversem genetischem Hintergrund ergibt sich, dass das Transkriptionsfaktor kodierende Gen PRE6 und weitere sechs Gene mit Bezug zu Auxinmetabolismus, Zellwandlockerung und Strigolaktonen zwischen lockeren und kompakten Individuen differentiell exprimiert sind. Diese Gene können dazu geeignet sein um molekulare Marker für Traubenarchitektur zu entwickeln. Diese Marker können dann zur MAS von optimiertem Zuchtmaterial mit physikalischer Resilienz gegen Botrytis cinerea eingesetzt werden. ; Cultivated grapevine (Vitis vinifera) is one of the most widely grown fruit crops in the world and held in high regard for its nourishing fruits, sweet juices and iconic wines. Global viticulture predominantly utilizes Vitis vinifera varieties, because they convey sensory attributes corresponding to the current consumer ideal of product quality. However, they are also highly susceptible to fungal pathogens, and therefore require intense applications of plant protection products with adverse side effects. Newly bred varieties with resistances against fungal pathogens reduce the necessity for fungicide application by 60%. For grey mold, a severe threat in viticulture, an active resistance mechanism is still not feasible. Therefore, grapevine-breeding aims at introducing fungi-static physical properties. The central hub of these physical barriers is a loosely clustered variety. The enhanced available space between the berries provides the framework for the effective formation of a firm berry surface and waxy cover and is restricting the time-span with favorable moisture conditions for fungal infections. The experimental design of this thesis draws on different sources of natural variance: Firstly, the F1 generation of the cross (‘Calardis Musqué’ × ‘Villard Blanc’) and secondly, somatic variants of the variety ‘Pinot Noir’ showing significantly different cluster compactness. The phenotypic assessment in both sources of natural variation identified six main drivers for cluster compactness. Cluster weight, berry number, berry volume, rachis length, shoulder length and pedicel length are main drivers of cluster compactness. The genetic approach exposed eight overlapping regions with up to four quantitative trait loci for important architecture sub-traits that are physically co-located on the grapevine reference genome. In addition, several molecular markers with strong linkage to these cluster architecture sub-traits could be proposed. It was possible to exploit three of these markers for MAS against unwanted compactly clustered individuals. So, the number of undesirable compact clustered genotypes could be reduced by 29 % without selecting a single false positive in the investigated population. The gene expression of 15 candidate genes consistently correlates to cluster architecture variations of ‘Pinot Noir’ clones in a multi environmental experiment. The transcription factor gene PRE6 and six genes related to auxin metabolism, cell wall loosening, brassinosteroids and strigolactones showed differential expression in a further extended set of phenotypically divergent individuals from a genetically diverse background. The genetic approach and the gene expression experiments provide multiple lines of evidence for the reported candidate genes. Thus, the candidate genes presented here may have the capacity to be successfully involved in marker development with the aim of selecting cluster architecture traits in MAS enabling breeders to identify optimized breeding material with physical resilience to fungal pathogens such as Botrytis cinerea.
Phenotypic key factors, genetic regions and genes associated to cluster architecture in grapevine (Vitis vinifera)
Richter, Robert (author)
2021-09-01
doi:10.5073/20210622-104529
Dissertationen aus dem Julius Kühn-Institut; 2021; 1-174 ; 2510-0602 ; 2510-0599
Article (Journal)
Electronic Resource
English
DDC:
690
Cytokinin-Like Compounds in Bleeding Sap of Vitis vinifera L.
British Library Online Contents | 1992
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