RT Dissertation/Thesis
T1 Linkage disequilibrium and association mapping in elite germplasm of European maize
A1 Stich,Benjamin
WP 2007/06/14
AB In der Pflanzengenetik ist die Kopplungsanalyse das Standardwerkzeug
um Genloci zu identifizieren, die für quantitative Merkmale kodieren (QTL).
Ein alternativer und vielversprechender Ansatz, der in der Humangenetik
bereits erfolgreich dazu eingesetzt wurde, um QTL für Mukoviszidose und
Alzheimer-Krankheit aufzufinden, ist die Assoziationskartierung. In der vorliegenden Arbeit werden die Anwendbarkeit von Assoziationskartierungsmethoden
zum Auffinden von QTL in Maiselitezüchtungsmaterial untersucht sowie für diesen Zweck geeignete biometrische Methoden entwickelt. Ob Assoziationskartierungsansätze auch in Pflanzenzüchtungspopulationen
zum Auffinden von QTL eingesetzt werden können, hängt vom Ausmaß des Gametenphasenungleichgewichtes (GPU) in der interessierenden Population
ab. Des weiteren wird die Anwendbarkeit von Assoziationskartierungsmethoden
von den Kräften beeinflußt, die in der betreffenden Population GPU verursachen und aufrechterhalten. Die Ziele unserer Studien waren (i) die Erfassung des Ausmaßes und der genomweiten Verteilung des GPU zwischen Mikrosatelliten (SSR) Markern, (ii) der Vergleich dieser Ergebnisse mit denjenigen für Amplifizierte-Fragment-Längen-Polymorphismus (AFLP) Markern sowie (iii) die Untersuchung von Kraften, die in Maiselitezüchtungsmaterial GPU verursachen und aufrechterhalten. Unsere Studien basierten sowohl auf experimentellen Daten von europäischen Maiseliteinzuchtlinien als auch auf Computersimulationen.
Unsere Ergebnisse legen nahe, dass in europäischem Maiselitezüchtungsmaterial
das Ausmaß an GPU sowohl zwischen SSR Markern als auch zwischen AFLP Markern ausreichend ist, um mit Hilfe der Assoziationskartierung genomweit QTL auffinden zu können. Da die Güte von SSR Markern GPU aufzufinden höher ist als diejenige von AFLP Markern, sind in Populationen mit kurzer Rekombinationsgeschichte SSR Marker geeigneter für Assoziationskartierungen als AFLP Marker. In Populationen mit langer Rekombinationsgeschichte, für die kein signifikantes GPU zwischen SSR
Markern zu erwarten ist, sind AFLP Marker geeigneter für Assoziationskartierungen, da in diesem Fall ihre mit gleichem finanziellem Aufwand erzeugte höhere Markerdichte genutzt werden kann. Die Ergebnisse unserer
experimentellen Untersuchungen und Simulationsstudien deuten darauf hin, dass in Pflanzenzüchtungspopulationen nicht nur physikalische Kopplung eine Ursache für GPU ist, sondern auch Verwandschaft, Populationsstratifizierung, genetische Drift und Selektion.
Der Assoziationstest, der bislang in der Pflanzengenetik eingesetzt wurde,
ist der ?logistic regression ratio test? (LRRT). Dieser Test korrigiert allerdings nur für GPU, das durch Populationsstratifizierung verursacht wird.
Aus diesem Grund wird erwartet, dass der LRRT das alpha-Niveau nicht einhält,
wenn er zur Assoziationskartierung in Populationen eingesetzt wird, in denen
GPU vorhanden ist, das durch Verwandschaft, genetische Drift oder Selektion
verursacht wird. Die Ziele unserer Studie waren (i) den ?quantitative pedigree disequilibrium test? so zu modifizieren, dass er zur Assoziationskartierung
in Pflanzenzüchtungspopulationen eingesetzt werden kann und (ii) den neuentwickelten Test (QIPDT) hinsichtlich seiner Güte und Typ I Fehlerrate bei der Detektion von QTL zu untersuchen und mit dem bislang eingesetzten LRRT zu vergleichen. Diese Studie basierte auf Computersimulationen. Wir beobachteten für den QIPDT eine höhere Güte, QTL aufzufinden, als für den LRRT, wenn Daten verwendet wurden, die routinemäßig in Pflanzenzüchtungsprogrammen erhoben wurden. Im Gegensatz zum LRRT hielt der QIPDT stets das alpha-Niveau ein. Diese Ergebnisse belegen, dass der QIPDT zur genomweiten Assoziationskartierung mit Daten, die routinemäßig in Pflanzenzüchtungsprogrammen erhoben werden, geeigneter ist als der LRRT.
Epistatische Interaktionen zwischen QTL tragen wesentlich zur genetischen
Variation komplexer Merkmale bei. Die Ziele unserer Studie waren (i)
Populationen rekombinanter Inzuchtlinien (RIL), die von einem geschachtelten
Kreuzungsschema abgeleitet wurden, hinsichtlich ihrer Güte und Rate an falsch Positiven beim Auffinden epistatischer Interaktionen zwischen drei Loci, zu untersuchen und (ii) diese Ergebnisse mit jenen zu vergleichen, die beobachtet werden, wenn RIL von vollständigen oder unvollständigen Kreuzungsdiallelen abgeleitet wurden. Die Computersimulationen dieser Studie basierten auf Haplotypdaten von 26 Maisinzuchtlinien.
Sowohl die Güte als auch die Rate an falsch Positiven beim Auffinden von
epistatischen Interaktionen zwischen drei Loci waren für 5000 RIL, die von
einem geschachtelten Kreuzungsschema abgeleitet wurden, auf einem Niveau,
das vielversprechend für deren Detektion ist. Für RIL, die von optimal
allozierten distanz-basierten Kreuzungsschemata abgeleitet wurden, wurde
eine höhere Güte, epistatische Interaktionen zwischen drei Loci aufzufinden,
beobachtet, als für die gleiche Anzahl an RIL, die von einem geschachtelten
Kreuzungsschema oder Kreuzungsdiallelen abgeleitet wurden.
Unsere Ergebnisse belegen, dass Assoziationskartierungsmethoden, die an
die Besonderheiten von Pflanzenzüchtungspopulationen angepasst sind, in
diesen erfolgreich zum Auffinden von QTL eingesetzt werden können.

K1 Mais
K1 Assoziationskartierung
K1 Maiselitezüchtungsmaterial
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2007/192