Collaborative project to identify direct and distant pedigree relationships in apple

Pedigree information is fundamentally important in breeding programs, enabling breeders to know the source of valuable attributes and underlying alleles and to enlarge genetic diversity in a directed way. Many apple cultivars are related to each other through both recent and distant common ancestors. As apple trees are clonally propagated, long-lived, and widely adapted, many of the ancestors of modern cultivars are still present in global germplasm collections. Use of apple SNP arrays enables identification of direct and distant pedigree relationships with precision. An example is the elucidation of the \u27Honeycrisp\u27 pedigree using the 8K SNP array, which enabled further findings regarding the inheritance of important alleles for traits including scab resistance and soft scald susceptibility. To facilitate more discoveries across apple germplasm, a large-scale collaborative apple pedigree reconstruction project has been initiated. This project utilizes output from the Illumina Infinium 20K and Affymetrix Axiom 480K apple SNP arrays, a high quality genetic linkage map for the 20K array SNPs, and a data curation pipeline developed through the FruitBreedomics and RosBREED projects. Techniques using shared haplotype length statistics will be used alongside historical information to deduce distant pedigree relationships. The project involves various experts, germplasm collections, and academic institutions around the world and is open for further extension. It will provide findings useful for breeding programs, germplasm collections, geneticists, and historians

Phylogenetic and morphometric analysis of Plantago section Coronopus (Plantaginaceae)

Plantago sect. Coronopus contains our two focal species (P. coronopus L., P. crassifolia Forssk.), both with an overall conspicuous bi‐hemispheric distribution range (Mediterranean and Middle Eastern regions in the Northern Hemisphere and South Africa in the Southern Hemisphere). We have evaluated up to 27 morphological characters from 96 herbarium specimens representing five out of seven species of that section that are currently recognised using principal coordinate analysis, linear discriminant analyses, agglomerative clustering, and classification tree analyses, in order to test the current taxonomic concepts of our two focal species. Furthermore, we used 54 individuals representing six out of those seven species of P. sect. Coronopus to construct molecular phylogenetic hypotheses by sequencing nuclear ribosomal DNA from the internal transcribed spacer region (ITS), the plastid trnL‐F region, the plastid intergenic spacer region trnH‐psbA and adopting maximum likelihood and Bayesian inference analyses. In the Northern Hemisphere, an Irano‐Arabian clade initially identified as P. coronopus and shown as distinct in both morphological and phylogenetical terms fits a wider circumscription of P. crypsoides Boiss. due to lack of the prominent short and thick inflorescence scape following Boissier's description. The morphological differences between P. crassifolia from the Mediterranean region and P. crassifolia from South Africa (often named P. carnosa Lam.) were marginal, yet the molecular phylogenetic analyses of both nuclear and plastid markers clearly separated these evolutionary entities. Therefore, we re‐instated the name P. carnosa as the correct name for South African P. crassifolia. Plantago carnosa differs from P. crassifolia by the combination of having stronger woody rootstocks, which are more often branched, by broader leaves (≥1.6 mm wide) and the fact that specimens more often turn brown when dried. Our dataset provides the best sampled phylogenetic hypothesis for P. sect. (and subg.) Coronopus to date, and reveals discordance between nuclear and plastid genealogies within P. sect. Maritima, which requires further investigation

DNA extraction from old herbarium material of Veronica subgen. Pseudolysimachium (Plantaginaceae)

Herbarium specimens have become a major source of information in molecular biodiversity research, framing the term "herbarium genomics". However, obtaining good DNA from old herbarium specimens is still a challenge. Currently, DNA extraction methods from old herbarium material often yield highly degraded and fragmented DNA. A number of studies have discussed such methods, especially how to avoid further DNA fragmentation. This study aims to compare different DNA extraction methods applied to old herbarium material from Veronica subg. Pseudolysimachium. One such method is a CTABbased DNA extraction followed by a clean-up with paramagnetic beads that is used in the Jodrell Laboratory, Royal Botanic Gardens Kew, UK. This method was compared to a modified NucleoSpin Plant II protocol, based on silica columns, as used at the Technical University Munich-Freising, which was already successfully used for extracting DNA from a Linnean type specimen. Further tests were conducted on the influence of incubation time on the CTAB DNA extraction protocol with a subsample of specimens. Our preliminary results suggest that CTAB DNA extraction might have some advantages in specific cases but also that silica column-based methods have fewer problems with contamination by polysaccharides and polyphenolic compounds. Regarding the incubation time, we did not observe a clear pattern, but we developed several ideas on how to proceed with tests to find an optimal DNA extraction protocol to deal with highly fragmented DNA. Taking practical considerations into account, the column-based method proves to be preferable, especially when trying to reduce the amount of leaf tissue used, but further modifications of both methods should be explored.Гербарні зразки стали важливим джерелом інформації для молекулярних досліджень біорізноманіття, і навіть виник термін "гербарна геноміка". Проте, отримання хороших зразків ДНК зі старих гербарних зразків все ще є складним завданням. На даний час методи екстракції ДНК зі старого гербарного матеріалу часто дозволяють отримати лише деградовану або фрагментовану ДНК. Такі методи обговорювалися у багатьох дослідженнях, зокрема, щодо вирішення проблеми подальшої фрагментації ДНК. Метою нашого дослідження було порівняння різних методів екстракції ДНК зі старих гербарних зразків представників Veronica subg. Pseudolysimachium. Один з цих методів – екстракція ДНК на основі CTAB (цетилтриметиламоній бромід або цетил-триметил-бромід амонію) з наступним очищенням за допомогою парамагнітних гранул, що використовується у Лабораторії Джодрелла у Королівському ботанічному саду К'ю (Велика Британія). Цей метод порівнювався з модифікованою методикою NucleoSpin Plant II на основі силікагелевих колонок, що використовувалася у Технічному університеті Мюнхен-Фрайзінг (Німеччина) і була успішно застосована для отримання ДНК з типового зразка гербарію К. Ліннея. Проводилися подальші тести з вибіркою зразків щодо впливу часу інкубації на методику виділення ДНК за допомогою CTAB. Наші попередні результати свідчать, що CTAB-метод екстракції ДНК може мати певні переваги у конкретних випадках, але також вказують на те, що методи на основі силікагелевих колонок мають менше проблем із забрудненням полісахаридами та поліфенольними сполуками. Ми не виявили певної закономірності щодо часу інкубації, але розробили декілька ідей про те, як рухатися далі з експериментами для виявлення оптимальної методики екстракції ДНК для зразків, що містять фрагментовану ДНК. З практичного погляду, метод на основі колонок виглядає кращим, особливо тоді, коли є потреба зменшити кількість тканини листків. Проте, слід розробляти подальші вдосконалені модифікації обох методів.Гербарные образцы стали важным источником информации для молекулярных исследований биоразнообразия; возник даже термин "гербарная геномика". Однако получение хороших образцов ДНК из старых гербарных образцов все еще является сложной задачей. В настоящее время методы экстракции ДНК из старого гербарного материала позволяют получить лишь деградированную или фрагментированную ДНК. Такие методы обсуждались во многих исследованиях, в частности, при решении проблемы дальнейшей фрагментации ДНК. Целью нашего исследования было сравнение различных методов экстракции ДНК из старых гербарных образцов представителей Veronica subg. Pseudolysimachium. Один из этих методов – экстракция ДНК на основе CTAB (цетилтриметиламмоний бромид или цетил-триметил-бромид аммония) с последующей очисткой с помощью парамагнитных гранул используется в Лаборатории Джодрелла в Королевском ботаническом саду Кью (Великобритания). Этот метод сравнивали с модифицированной методикой NucleoSpin Plant II на основе силикагелевих колонок, которая использовалась в Техническом университете Мюнхен-Фрайзинг (Германия) и была успешно применена для получения ДНК из типового образца гербария К. Линнея. Дальнейшие тесты проведены с выборкой образцов по влиянию времени инкубации на методику выделения ДНК с помощью CTAB. Наши предварительные результаты свидетельствуют о том, что CTAB-метод экстракции ДНК может обладать определенными преимуществами в конкретных случаях, но также указывают на то, что методы на основе силикагелевих колонок имеют меньше проблем с загрязнением полисахаридами и полифенольными соединениями. Мы не обнаружили определенной закономерности относительно времени инкубации, но разработали несколько идей о том, как двигаться дальше с экспериментами по выявлению оптимальной методики экстракции ДНК для образцов, содержащих фрагментированную ДНК. С практической точки зрения, метод на основе колонок является лучшим, особенно, когда необходимо уменьшить количество ткани листьев. Однако, следует разрабатывать дальнейшие усовершенствованные модификации обоих методов

Applications of SNP-based apple pedigree identification to regionally specific germplasm collections and breeding programs

A wealth of previously unknown pedigree information has been generated for apple (Malus × domestica) through recent studies and an ongoing pedigree identification project using SNP array data. This information has been postulated to be useful in a number of ways for germplasm collections and breeding programs. For example, pedigree information is an important part of genetic characterization of material in germplasm collections. Germplasm collections often seek to preserve cultivars that currently lack commercial relevance but have regional or historical significance or are phenotypically interesting. Pedigree information is often limited on such material. With pedigree information, an accurate genetic structure of these collections can be conveyed to breeders who wish to incorporate novel germplasm into new cultivars. To illustrate ways in which this newly generated pedigree information can be used, we provide examples involving accessions from the germplasm collection Ökowerk and the breeding association “apfel:gut e.V.”, which focus in the development of apples for regional organic production. Both organizations are located in northern Germany. Despite focusing on regional apple cultivars and genetic diversity, many of their accessions and breeding lines are common, cosmopolitan, and foundational cultivars. However, the SNP-based analyses also reveal regionally specific founders, not true-to-type accessions, and genetically unique historical cultivars. This new information has benefitted these organizations by providing genetic characterization that was previously lacking, enabling them to better utilize these genetic resources. Additionally, this information will also be useful in the context of an ongoing larger scale apple pedigree reconstruction project.</p