Genomics-assisted breeding in four major pulse crops of developing countries: present status and prospects

The global population is continuously increasing and is expected to reach nine billion by 2050. This huge population pressure will lead to severe shortage of food, natural resources and arable land. Such an alarming situation is most likely to arise in developing countries due to increase in the proportion of people suffering from protein and micronutrient malnutrition. Pulses being a primary and affordable source of proteins and minerals play a key role in alleviating the protein calorie malnutrition, micronutrient deficiencies and other undernourishment-related issues. Additionally, pulses are a vital source of livelihood generation for millions of resource-poor farmers practising agriculture in the semi-arid and sub-tropical regions. Limited success achieved through conventional breeding so far in most of the pulse crops will not be enough to feed the ever increasing population. In this context, genomics-assisted breeding (GAB) holds promise in enhancing the genetic gains. Though pulses have long been considered as orphan crops, recent advances in the area of pulse genomics are noteworthy, e.g. discovery of genome-wide genetic markers, high-throughput genotyping and sequencing platforms, high-density genetic linkage/QTL maps and, more importantly, the availability of whole-genome sequence. With genome sequence in hand, there is a great scope to apply genome-wide methods for trait mapping using association studies and to choose desirable genotypes via genomic selection. It is anticipated that GAB will speed up the progress of genetic improvement of pulses, leading to the rapid development of cultivars with higher yield, enhanced stress tolerance and wider adaptability

Additional file 2: of Single and multiple resistance QTL delay symptom appearance and slow down root colonization by Aphanomyces euteiches in pea near isogenic lines

Effects of NILs carrying single or combined resistance on variables of the Aphanomyces root rot development cycle. A-C/ Single QTL NIL experiment #1; D/ Combined and single QTL NIL experiment #4; E/ Single QTL NIL experiment #2. The first graph represents the evolution of the probability of symptom appearance for seven days after inoculation, for each line. It corresponds to the percentage of plants with symptoms per block for each scoring day. The second graph shows for each line the root colonization speed, corresponding to the slope of the curve of pathogen DNA amounts per block, until 10 days after inoculation, from 104 DNA copies detected. Pathogen DNA data was used from one biological replicate at the fourth day in experiments #1 and #2 and the seventh day in experiment #4. In the third graph, the AUDPC was calculated from the pathogen DNA quantification data over the ten days after inoculation. Bars represent standard errors. Attribution of each line to LSMeans group(s) is indicated by letter(s), according to the Tukey test (P < 0.05). Blue and red lines indicate the NIL without QTL and the donor or resistant control lines, respectively. (PDF 380 kb

New consistent QTL in pea associated with partial resistance to Aphanomyces euteiches in multiple French and American environments

Publication Inra prise en compte dans l'analyse bibliométrique des publications scientifiques mondiales sur les Fruits, les Légumes et la Pomme de terre. Période 2000-2012. http://prodinra.inra.fr/record/256699International audiencePartial resistances, often controlled by quantitative trait loci (QTL), are considered to be more durable than monogenic resistances. Therefore, a precursor to developing efficient breeding programs for polygenic resistance to pathogens should be a greater understanding of genetic diversity and stability of resistance QTL in plants. In this study, we deciphered the diversity and stability of resistance QTL to Aphanomyces euteiches in pea towards pathogen variability, environments and scoring criteria, from two new sources of partial resistance (PI 180693 and 552), effective in French and USA infested fields. Two mapping populations of 178 recombinant inbred lines each, derived from crosses between 552 or PI 180693 (partially resistant) and Baccara (susceptible), were used to identify QTL for Aphanomyces root rot resistance in controlled and in multiple French and USA field conditions using several resistance criteria. We identified a total of 135 additive-effect QTL corresponding to 23 genomic regions and 13 significant epistatic interactions associated with partial resistance to A. euteiches in pea. Among the 23 additive-effect genomic regions identified, five were consistently detected, and showed highly stable effects towards A. euteiches strains, environments, resistance criteria, condition tests and RIL populations studied. These results confirm the complexity of inheritance of partial resistance to A. euteiches in pea and provide good bases for the choice of consistent QTL to use in marker-assisted selection schemes to increase current levels of resistance to A. euteiches in pea breeding program

Identification des déterminants génétiques impliqués dans les défenses du pois contre le puceron Acyrthosiphon pisum.

National audienceLe pois (Pisum sativum) constitue une culture d’importance majeure parmi les légumineuses pour ses qualités de plante protéagineuse, notamment en Europe en réduisant la part de protéines végétales importées ainsi que pour son rôle dans la rotation des cultures en fixant l’azote atmosphérique dans le sol. Cependant, ces dernières années, les rendements ont été rendus instables dus aux contraintes biotiques et abiotiques. Pour lutter contre certains ravageurs, les producteurs ont recours à de grandes quantités de pesticides qui sont coûteuses et dangereuses pour l’environnement et la santé humaine. Pour ces raisons, des alternatives sont mises en œuvre tels que le développement de stratégies d’utilisation et de gestion des résistances génétiques. Le puceron vert du pois (Acyrthosiphon pisum) est un ravageur important des cultures de légumineuses et créée des dommages directement en se nourrissant de la sève phloémienne au cours des périodes d’infestations et indirectement en étant vecteur de virus pathogènes. Cette espèce de puceron forme un complexe d'au moins 15 biotypes, chacun est adapté pour se nourrir sur une ou quelques espèces de légumineuses et révèle des performances réduites sur d'autres espèces. Nos travaux de recherche portent sur la compréhension des mécanismes génétiques et moléculaires des interactions plante-puceron conduisant à la résistance hôte et non-hôte des légumineuses face à A. pisum. Un phénotypage par test de fécondité de puceron sur plante a été réalisé pour déterminer les profils de résistance de 240 génotypes de pois face à deux biotypes d’A. pisum, l’un adapté et l’autre non-adapté au pois. Aucune résistante complète au biotype adapté d’A. pisum n’a été observée dans les accessions de pois , alors que de nombreuses accessions ont montré une résistance complète au biotype non-adapté. De plus, de grandes variations de niveaux de résistance quantitative ont été observées parmi les génotypes de pois face aux deux biotypes d'A. pisum. A partir de données de séquençage exome capture obtenues sur les 240 génotypes dans le cadre du projet PeaMUST, une approche de génétique d’association sur le génome entier (GWAS), a été réalisée afin d’identifier les déterminants génétiques de la résistance du pois aux deux biotypes d’A. pisum. Les résultats ont permis de mettre en évidence des loci significativement associés à la résistance du pois sur le chromosome 7, incluant des loci spécifiques de chacun des deux biotypes d’A. pisum, dont l’un présentant un effet majeur, et deux loci communs aux deux biotypes. Une analyse d’haplotypes dans les intervalles sous-jacents à ces loci a confirmé des différences significatives de phénotypes entre groupes de lignées partageant les mêmes haplotypes. Cette approche a permis d’identifier une liste de génotypes de pois dont les comportements de résistance seront confirmés au champ. Elle a permis d’identifier des loci et gènes candidats sous-jacents à valider expérimentalement pour leur implication dans la compatibilité et incompatibilité du pois aux différents biotypes d’A. pisum