Highly-multiplexed SNP genotyping for genetic mapping and germplasm diversity studies in pea

Background: Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) can be used as genetic markers for applications such as genetic diversity studies or genetic mapping. New technologies now allow genotyping hundreds to thousands of SNPs in a single reaction. In order to evaluate the potential of these technologies in pea, we selected a custom 384-SNP set using SNPs discovered in Pisum through the resequencing of gene fragments in different genotypes and by compiling genomic sequence data present in databases. We then designed an Illumina GoldenGate assay to genotype both a Pisum germplasm collection and a genetic mapping population with the SNP set. Results: We obtained clear allelic data for more than 92% of the SNPs (356 out of 384). Interestingly, the technique was successful for all the genotypes present in the germplasm collection, including those from species or subspecies different from the P. sativum ssp sativum used to generate sequences. By genotyping the mapping population with the SNP set, we obtained a genetic map and map positions for 37 new gene markers. Conclusion: Our results show that the Illumina GoldenGate assay can be used successfully for high-throughput SNP genotyping of diverse germplasm in pea. This genotyping approach will simplify genotyping procedures for association mapping or diversity studies purposes and open new perspectives in legume genomics

Féverole : des outils génétiques d'aide à la sélection

National audienceLa féverole est une légumineuse, protéagineuse, partiellement allogame. Pour soutenir cette culture, les partenaires de la filière (organismes de recherche publique, instituts techniques, interprofession et sélectionneurs privés) se fixent les objectifs suivants : (1) Améliorer la qualité nutritionnelle de la graine Des variétés FEVITA®, sans tanin et à faible teneur en vicine-convicine, sont disponibles. Cette composition améliorée de la graine assure une valorisation optimale des nutriments par les animaux monogastriques et une réduction du favisme, chez l’Homme. Des outils de diagnostic pour la teneur en vicine-convicine sont disponibles : la méthode quantitative ‘HPLC’ ou la méthode rapide qualitative ‘spectrométrie de masse’ ; les marqueurs moléculaires. (2) Stabiliser les rendements a) Améliorer la tolérance aux bruches La bruche affecte la qualité visuelle et sanitaire des graines, ce qui impacte le débouché vers le marché de l’alimentation humaine (≤ 3% de graines bruchées). Et les matières actives sont inefficaces ! • Pour étudier le déterminisme génétique de la tolérance aux bruches, 2 géniteurs sont utilisés pour construire des populations de lignées recombinantes. - Les dégâts sur les graines sont évalués par tomographie. Cette méthode haut-débit de phénotypage permet de quantifier le volume des galeries réalisées par les bruches, - Un génotypage et une détection de QTL sont réalisés, - Des études transcriptomiques et protéomiques sont réalisées dans les conditions de présence versus quasi-absence de bruches, - Les Composés Organiques Volatiles sont analysés et comparés à deux stades de développement des plantes. • Pour aborder la génétique d’association sur génome entier (GWAS), le phénotypage de la tolérance aux bruches et un séquençage d’exomes sont réalisés sur une Collection de Référence de 248 accessions. b) Améliorer la résistance au froid Les politiques actuelles encouragent la culture des protéagineux, mais la féverole est confrontée à la rigueur climatique de l’hiver dans les régions du centre et du Nord-Est de la France. • Pour étudier le déterminisme génétique de la résistance au froid et détecter des QTL : - Un géniteur (-20°C) est utilisé pour construire des populations de lignées recombinantes. Les RILs sont phénotypées (échelle de notation visuelle des dégâts de froid) et génotypées. - La Collection de Référence est utilisée pour la GWAS. • Pour fournir des géniteurs de résistance au froid, un programme de sélection phénotypique de populations et de lignées est en cours, via un travail d’évaluation multilocal

La bruche, état des lieux en France : biologie de l’insecte, solutions actuelles limitées, pistes de recherche

La vente des graines de féveroles, en alimentation humaine est le plus rémunérateur mais exige un bon niveau de qualité visuelle avec un taux maximum de 3% de graines bruchées. Les dégâts de bruches sont des taches et des cavités circulaires sur les graines matures. Rappel du cycle de vie et des différents stades de développements de l’insecte, de sa répartition géographique en France. La forte pression bruche et les difficultés de maîtrise du ravageur présentent un frein à la culture de féverole en France. La bruche de la féverole est présente sur tout le territoire, tandis que la bruche du pois étant, à l’heure actuelle surtout présente dans le sud de la France, mais présence sur le territoire s’agrandit, et remonte vers le nord, année après année. La lutte chimique en culture et lors du stockage est la seule solution actuelle contre la bruche. Les matières actives disponibles pour les producteurs de pois et de féveroles sont limitées, peu efficaces et la loi abeille engendre des limites réglementaires à l’utilisation des insecticides en culture. Pour lors, il n’y a pas de variétés commercialisées de féveroles ni de pois tolérantes aux bruches. Vers des recherches de solutions à moyen terme: La sélection et la recherche se tournent vers de nouvelles pistes pour lutter contre les bruches. L’étude de nouveaux génotypes de féverole tolérants aux bruches, l’intégration de ces génotypes d’intérêt dans des programmes de création variétale, la recherche de gènes impliqués dans les mécanismes de tolérance aux bruches, utilisation de la sélection assistée par marqueurs pour compléter la sélection variétale classique. Enfin une dernière piste prometteuse est la mise au point d’un attractif de synthèse pour piéger les bruches de la féverole. En effet les bruches sont attirées par l’odeur émise par les plantes à la floraison, les composés organiques volatiles pourraient donc devenir de vrais outils de lutte contre ces ravageurs (voir présentation Ené Leppik INRA)

DNA Analysis of Herbarium Specimens of the Grass Weed <em>Alopecurus myosuroides</em> Reveals Herbicide Resistance Pre-Dated Herbicides

International audienceAcetyl-CoA carboxylase (ACCase) alleles carrying one point mutation that confers resistance to herbicides have been identified in arable grass weed populations where resistance has evolved under the selective pressure of herbicides. In an effort to determine whether herbicide resistance evolves from newly arisen mutations or from standing genetic variation in weed populations, we used herbarium specimens of the grass weed Alopecurus myosuroides to seek mutant ACCase alleles carrying an isoleucine-to-leucine substitution at codon 1781 that endows herbicide resistance. These specimens had been collected between 1788 and 1975, i.e., prior to the commercial release of herbicides inhibiting ACCase. Among the 734 specimens investigated, 685 yielded DNA suitable for PCR. Genotyping the ACCase locus using the derived Cleaved Amplified Polymorphic Sequence (dCAPS) technique identified one heterozygous mutant specimen that had been collected in 1888. Occurrence of a mutant codon encoding a leucine residue at codon 1781 at the heterozygous state was confirmed in this specimen by sequencing, clearly demonstrating that resistance to herbicides can pre-date herbicides in weeds. We conclude that point mutations endowing resistance to herbicides without having associated deleterious pleiotropic effects can be present in weed populations as part of their standing genetic variation, in frequencies higher than the mutation frequency, thereby facilitating their subsequent selection by herbicide applications

Les herbicides ne fabriquent pas la résistance : la preuve par les collections d’herbiers

National audienceCan herbicide resistance genes be present in weed populations that have never been sprayed with herbicides? In order to answer this question, the presence of a mutation endowing herbicide resistance has been investigated in black-grass (Alopecurus myosuroides) herbarium specimens collected between 1788 and 1975. Among the 734 specimens investigated, one that had been collected in 1888 contained a mutation at ACCase codon 1781 that confers resistance to ACCase-inhibiting herbicides (APPs, CHDs and DEN). This clearly demonstrates that herbicides do not fabricate resistance. Resistance is naturally present in weed populations the fields prior to herbicide use. Herbicides only reveal pre-existing resistance by favouring the reproduction of resistant weed individuals. Resistance is thus a hazard: the more treated plants, the higher the risk to encounter a resistant one.Des gènes de résistance aux herbicides peuvent-ils préexister dans des populations de mauvaises herbes n’ayant jamais été traitées avec des herbicides ? Pour en savoir plus, une mutation conférant une résistance à des herbicides a été recherchée dans des parts d’herbiers contenant des spécimens de vulpin (Alopecurus myosuroides) collectés entre 1788 et 1975. Un spécimen sur les 734 analysés, collecté en 1888, s'est avéré contenir une mutation au codon 1781 de l’ACCase qui confère une résistance à des inhibiteurs de l’ACCase (« fops », « dims », « den »). Ceci démontre clairement, si besoin en était encore, que les herbicides ne fabriquent pas la résistance. La résistance est naturellement présente dans les parcelles avant même l'arrivée des herbicides, et ceux-ci ne font que la rendre visible en favorisant la reproduction des plantes résistantes. La résistance est un phénomène statistique : plus on traite de plantes, plus on risque de tomber sur une plante résistante

Screening a <em>Vicia faba</em> L. collection sitona lineatus resistance

International audienc

<i>A</i>. <i>myosuroides</i> herbarium specimen.

<p>Specimen collected in May 1876 in a vineyard in Russin (Switzerland), and kept at the conservatory and botanical gardens of Geneva (Switzerland). This specimen is denominated <i>Alopecurus </i><i>agrestis</i>, a former synonym for <i>A</i>. <i>myosuroides</i>. Reprinted with permission of the copyright holder: Conservatory and Botanical Gardens of Geneva (Switzerland), 2013.</p

Herbicides : la résistance existait avant eux... La preuve - L’analyse par PCR de spécimens de vulpin conservés dans des collections d’herbiers le prouve : une mutation à l’origine d’une résistance à des herbicides lancés en 1978 existait déjà en... 1888

National audience➧ QUESTION - Des gènes de résistance aux herbicides peuvent-ils déjà exister dans des populations de mauvaises herbes n'ayant jamais été traitées avec des herbicides ? Pour le savoir, une mutation conférant une résistance à des herbicides a été recherchée dans des parts d'herbiers contenant des spécimens de vulpin ( Alopecurus myosu roides ) collectés entre 1788 et 1975. ➧ RÉPONSE - Un spécimen sur les 734 analysés, collecté en 1888, s'est révélé contenir une mutation au codon 1781 de l'AC-Case qui confère une résistance à des inhibiteurs de l'ACCase (« fops », « dims », « den »). Ceci démontre clairement, si besoin en était encore, que la résistance n'a pas besoin d'herbicides pour exister et évoluer. Elle est naturellement présente en très faibles fréquences dans les parcelles avant même l'arrivée des herbicides. Ceux-ci ne font que la révéler en éliminant les plantes sensibles. La résistance est donc un phénomène statistique: plus on traite de plantes, plus on risque de tomber sur une plante résistante. ➧ IMPLICATIONS - Nos résultats, une première en matière de résistance à des herbicides, sont similaires à ceux obtenus dans d'autres domaines (antibiotiques, insecticides). Des explications à notre observation sont proposées. Une suggestion est faite: utiliser l'analyse d'herbiers anciens comme outils de prévision des risques de résistance

Comparative Genetic Diversity of the narG, nosZ, and 16S rRNA Genes in Fluorescent Pseudomonads

The diversity of the membrane-bound nitrate reductase (narG) and nitrous oxide reductase (nosZ) genes in fluorescent pseudomonads isolated from soil and rhizosphere environments was characterized together with that of the 16S rRNA gene by a PCR-restriction fragment length polymorphism assay. Fragments of 1,008 bp and 1,433 bp were amplified via PCR with primers specific for the narG and nosZ genes, respectively. The presence of the narG and nosZ genes in the bacterial strains was confirmed by hybridization of the genomic DNA and the PCR products with the corresponding probes. The ability of the strains to either reduce nitrate or totally dissimilate nitrogen was assessed. Overall, there was a good correspondence between the reductase activities and the presence of the corresponding genes. Distribution in the different ribotypes of strains harboring both the narG and nosZ genes and of strains missing both genes suggests that these two groups of strains had different evolutionary histories. Both dissimilatory genes showed high polymorphism, with similarity indexes (Jaccard) of between 0.04 and 0.8, whereas those of the 16S rRNA gene only varied from 0.77 to 0.99. No correlation between the similarity indexes of 16S rRNA and dissimilatory genes was seen, suggesting that the evolution rates of ribosomal and functional genes differ. Pairwise comparison of similarity indexes of the narG and nosZ genes led to the delineation of two types of strains. Within the first type, the similarity indexes of both genes varied in the same range, suggesting that these two genes have followed a similar evolution. Within the second type of strain, the range of variations was higher for the nosZ than for the narG gene, suggesting that these genes have had a different evolutionary rate