3 research outputs found
Interdisciplinary Teaching and Research at a Liberal Arts College on Computational Biology
ABSTRACT This paper focuses in presenting several aspects of the interdisciplinary collaboration in teaching and research at a liberal arts college. In particular, it presents courses and research projects in the computational biology area, which naturally call for collaborative work between faculty members from mathematics & computer science and biology departments. It further discusses (1) challenges arising when doing interdisciplinary work, (2) the interaction between interdisciplinary teaching, research, and communication, (3) possible outcomes of such interdisciplinary training for both students and faculty members, and (4) how interdisciplinary training fits within the liberal arts philosophy
Genetic basis of the lobedness degree in tomato fruit morphology
Fruit shape is a key trait in tomato (Solanum lycopersicum L.). Since most studies focused on proximo-distal fruit morphology, we hypothesized that unknown QTLs for medio-lateral direction ones could be found analysing segregating populations where major shape genes are fixed. We examined the diversity of fruit morphology in medio-lateral direction; defined divergent traits in cultivars carrying identical genetic constitution at LC and FAS genes; and identified QTLs for lobedness degree (LD) by a QTL-seq approach. We found that LC and FAS genes were not enough to explain LD variability in a large tomato collection. Then, we derived F2 populations crossing cultivars divergent for LD where LC and FAS were fixed (Yellow Stuffer x Heinz 1439 [F2YSxH] and Voyage x Old Brooks [F2VxOB]). By QTL-seq we identified a QTL for LD on chromosome 8 in both F2, which was validated in F2YSxH by interval mapping accounting for ~ 17% of the variability. Other two QTLs located on chromosomes 6 and 11 with epistasis explained ~ 61% of the variability in the F2VxOB. In conclusion, three novel QTLs with major effect for LD (ld6, ld8, and ld11) were identified through the study of diversity and genetic segregation in intraspecific tomato crosses.Fil: Vazquez, Dana Valeria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Biología. Cátedra de Genética; ArgentinaFil: Pereira Da Costa, Javier Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Biología. Cátedra de Genética; ArgentinaFil: Godoy, Federico Nicolás Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; ArgentinaFil: Cambiaso, Vladimir. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Biología. Cátedra de Genética; ArgentinaFil: Rodríguez, Gustavo Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Biología. Cátedra de Genética; Argentin
Identificación de QTLs que controlan caracteres del fruto en tomate por secuenciación de grupos discrepantes
La forma del fruto es un rasgo clave en tomate (Solanum lycopersicum L.) que influye
en el rendimiento, la calidad y la aceptabilidad del consumidor. Los caracteres de la forma
de fruto en la dirección medio-lateral, como el grado de irregularidad, están altamente
relacionadas con otros caracteres como el tamaño y el peso de fruto. A pesar de esto, hasta
el momento los estudios de la morfología de fruto se han enfocado en caracteres en la
dirección próximo-distal. La gran diversidad de formas de frutos que existe en el
germoplasma de tomate se explica principalmente por una cantidad relativamente pequeña
de genes, entre los cuales LC y FAS son los principales genes que controlan la morfología
en la dirección medio-lateral. El efecto de los mismos difiere según el fondo genético, lo que
sugiere la presencia de modificadores desconocidos. Las actuales tecnologías de
genotipado de alto rendimiento han permitido la identificación de genes con efecto menor o
modificador que interactúan con los principales reguladores de la forma del fruto del tomate,
a través de la caracterización de poblaciones intraespecíficas segregantes donde el efecto
de los genes principales se encuentra fijo. La metodología QTL-seq ha sido útil para
descubrir nuevos QTL subyacentes a características importantes de las plantas. En base a
estos antecedentes, se plantea que es posible identificar regiones genómicas no conocidas
que controlan caracteres de morfología del fruto en tomate a partir de la selección de
cruzamientos entre cultivares fenotípicamente discrepantes en los que no segregan los
genes conocidos de forma, utilizando la metodología de QTL-seq. El objetivo de este trabajo
fue identificar nuevas regiones en el genoma de tomate que controlan caracteres de
morfología del fruto a partir de cruzamientos entre cultivares fenotípicamente discrepantes e
idéntica constitución génica en loci de morfología conocidos. Se evaluó la diversidad
fenotípica y genética para caracteres de forma de frutos en la dirección medio-lateral sobre
un total de 183 materiales representativos de la diversidad presente en tomate para forma y
tamaño de fruto, clase de germoplasma y origen geográfico. Se demostró que existía
variabilidad genética para los caracteres de forma de frutos analizados en la dirección
medio-lateral. La combinación de los alelos cultivados de LC y FAS no fue suficiente para
explicar toda la variabilidad presente en el germoplasma de tomate, y la constitución alélica
se correlacionó principalmente con los caracteres de tamaño de fruto y número de lóculo y
en menor nivel con el grado de irregularidad. A partir de este estudio se seleccionaron
cuatro cultivares de tomate: “Voyage” (V), “Old Brooks” (OB), “Yellow Stuffer” (YS) y “Heinz
1439” (H), con la misma composición alélica para los genes principales de forma y
divergentes para la morfología de fruto. Dichos cultivares se diferenciaron principalmente
para los caracteres de morfología en la dirección medio-lateral, donde el grado de
irregularidad mostró el mayor valor de heredabilidad. Remarcablemente, el cultivar “Voyage”
presentó flores con gineceos apocárpicos y frutos con carpelos no fusionados en una sutura
carpelar normal, siendo un fenotipo exclusivo de este material dentro del germoplasma del
tomate. El tipo de carpelo afecta fuertemente la forma externa de fruto. Por su naturaleza
cualitativa, dicho carácter presenta elevada heredabilidad. El desarrollo de la sincarpia
(fusión de los carpelos en un gineceo compuesto unificado) es un aspecto evolutivo clave en
las angioesperamas con numerosas ventajas adaptativas, sin embargo el proceso inverso
se ha encontrado previamente en distintas especies. El estudio de este carácter en tomate,
resulta un enfoque novedoso con relevancia histórica, morfogénica y económica. Se
desarrollaron poblaciones segregantes a partir del cruzamientos entre VxOB. Se determinó
que el fenotipo tipo de carpelo normal o fusionado fue dominante sobre el no fusionado, y el
tipo de herencia resultó variable, ajustándose a una segregación monogénica y epistasis
doble dominante-recesiva en la población F2 analizada en una campaña agrícola y a una
epistasis doble recesiva en las poblaciones F2 y retrocruzas analizadas en otra campaña.
Por medio de un análisis QTL-seq se identificaron tres regiones genómicas, en los
cromosoma 3, 6 y 10, que presentaron polimorfismos diferenciales entre grupos
fenotípicamente extremos para el carácter tipo de carpelos. Se desarrollaron 29 marcadores
moleculares de ADN para caracterizar genotípicamente las regiones genómicas
identificadas. Los marcadores moleculares cubriendo las regiones de los cromosomas 3 y
10 resultaron independientes del carácter tipo de carpelos, mientras que los marcadores
ubicados en la base del cromosoma 6, entre las posiciones 40,98 Mb y 44,17 Mb, se
encontraron altamente asociados a dicho rasgo. Esto indica que los determinantes genéticos
que controlan el tipo de carpelo se ubican en la región basal de este cromosoma. Se
desarrollaron y caracterizaron dos poblaciones segregantes F2 derivadas del cruzamientos
entre VxOB y YSxH, y se caracterizaron para rasgos morfológicos cuantitativos en la
dirección medio-lateral. Se observó heredabilidad significativa con valores moderados a
altos para la mayoría de los caracteres analizados, y el grado de irregularidad presentó el
mayor valor de heredabilidad. Por medio de un enfoque de QTL-seq se identificó una región
en cromosoma 8 de tomate (ld8), asociada al grado de irregularidad en las poblaciones F2
VxOB y F2 YSxH. Esta región se caracterizó utilizando un total de 29 marcadores en ambas
poblaciones. La región se validó por mapeo de intervalos simple en la población F2 YSxH y
representó ~17 % de la variabilidad presente para el grado de irregularidad. Otros dos QTL
epistáticos ubicados en la base de los cromosomas 6 (ld6) y 11 (ld11) se identificaron y
validaron en la población F2VxOB por análisis de punto único utilizando un total de 24
marcadores. Ambos QTL explicaron ~61% de la variabilidad fenotípica para el grado de
irregularidad en esta población. El efecto de ld11 resultó mayor respecto al de ld6, lo que
sugiere que ld6 actuaría como un modificador sobre este rasgo. Dado que los alelos
cultivados del gen FAS están fijos en la población y ld11 mapeó cerca de dicho gen, se
postula que ld11 es un nuevo alelo de FAS o bien un nuevo QTL estrechamente ligado. Los
resultados obtenidos demuestran que fue posible identificar nuevos QTL asociados al
carácter grado de irregularidad y una región genómica subyacente al tipo de carpelos, a
partir del estudio de poblaciones segregantes derivadas de cruzamientos intraespecíficos
entre cultivares fenotípicamente discrepantes para morfología de fruto que tenían fijos los
genes de forma conocidos. De este modo, este trabajo aporta nuevas evidencias a las bases
genéticas de la forma fruto en dirección medio-lateral en tomate y representa un estudio
original donde se mapean los caracteres tipo de carpelos y grado de irregularidad.
Investigaciones adicionales sobre estos QTL, especialmente en términos de la introgresión
de QTL en un fondo genético de élite, pueden ser útiles para ayudar al mejoramiento del
cultivo de tomate dirigido a la forma del fruto y obtener materiales con frutos de morfologías
más uniformes, o en sentido inverso, con formas atípicas destinadas a nichos específicos de
mercado.Fruit shape at medio-lateral direction in tomato (Solanum lycopersicum L.) is a key
trait that influences yield, quality, and consumer acceptability. Nevertheless, most studies
have focused on proximal-distal direction. Few genes mainly explain the great diversity for
fruit shape in tomato, where LC and FAS play a key role. In this study, we set out to identify
new regions in the tomato genome that control fruit morphology at the medio-lateral direction,
from intraspecific crosses between phenotypically discrepant cultivars carrying the same
allele constitution for known shape genes. The diversity of fruit shape traits at medio-lateral
direction and LC and FAS genes was evaluated for 183 tomato accessions. It was found that
the combination of the mutant alleles of LC and FAS was not enough to explain all lobedness
degree variability. Fruits carrying unfused carpels were only present in cultivar "Voyage".
Four tomato cultivars with different fruit shapes at medio-lateral direction, named Voyage (V),
Old Brooks (OB), Yellow Stuffer (YS), and Heinz 1439 (H) were selected as initial
progenitors. Two intraspecific F2 populations (F2VxOB and F2YSxH), where major shape
genes were fixed, were developed. A QTL-seq approach was used to identify genomic
regions controlling the type of carpel in the F2 VxOB and lobedness degree in both F2. Three
genomic regions in chromosomes 3, 6, and 10 were detected for type of carpels, but only the
region between 40.98 Mb and 44.17 Mb of chromosome 6 was linked. The fused phenotype
was dominant over unfused one, but monogenic or digenic epistasis inheritance was found in
two independent experiments. For lobedness degree, a QTL chromosome 8 in both F2 (ld8)
was identified, which was validated in F2YSxH by interval mapping, and accounting for ~17%
of total variability. Other two epistatic QTLs located on chromosomes 6 (ld6) and 11 (ld11)
were found by single-point analysis in the F2VxOB, and together accounted for 61%
phenotypic variability of lobedness degree. This indicates that different alleles were present
in both populations. The effect of ld11 was more significant than ld6, suggesting that the
genetic determinants of lobedness degree are found at chromosome 11, and ld6 acts as a
modifier. In conclusion, this study provides valuable information about new genomic regions
underlying fruit traitsFil: Apellido, Nombre. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Vazquez, Dana Valeria. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias; Argentin