Comparison of mixed-model approaches for association mapping in rapeseed, potato, sugar beet, maize, and Arabidopsis

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>In recent years, several attempts have been made in plant genetics to detect QTL by using association mapping methods. The objectives of this study were to (i) evaluate various methods for association mapping in five plant species and (ii) for three traits in each of the plant species compare the <it>T</it>_<it>opt</it>, the restricted maximum likelihood (REML) estimate of the conditional probability that two genotypes carry at the same locus alleles that are identical in state but not identical by descent. In order to compare the association mapping methods based on scenarios with realistic estimates of population structure and familial relatedness, we analyzed phenotypic and genotypic data of rapeseed, potato, sugar beet, maize, and Arabidopsis. For the same reason, QTL effects were simulated on top of the observed phenotypic values when examining the adjusted power for QTL detection.</p> <p>Results</p> <p>The correlation between the <it>T</it>_{<it>opt </it>}values identified using REML deviance profiles and profiles of the mean of squared difference between observed and expected <it>P </it>values was 0.83.</p> <p>Conclusion</p> <p>The mixed-model association mapping approaches using a kinship matrix, which was based on <it>T</it>_<it>opt</it>, were more appropriate for association mapping than the recently proposed QK method with respect to the adherence to the nominal <it>α </it>level and the adjusted power for QTL detection. Furthermore, we showed that <it>T</it>_{<it>opt </it>}differs considerably among the five plant species but only marginally among different traits.</p

Genome-wide association mapping of flowering time and northern corn leaf blight (Setosphaeria turcica) resistance in a vast commercial maize germplasm set

BACKGROUND: Setosphaeria turcica is a fungal pathogen that causes northern corn leaf blight (NCLB) which is a serious foliar disease in maize. In order to unravel the genetic architecture of the resistance against this disease, a vast association mapping panel comprising 1487 European maize inbred lines was used to (i) identify chromosomal regions affecting flowering time (FT) and northern corn leaf blight (NCLB) resistance, (ii) examine the epistatic interactions of the identified chromosomal regions with the genetic background on an individual molecular marker basis, and (iii) dissect the correlation between NCLB resistance and FT. RESULTS: The single marker analyses performed for 8 244 single nucleotide polymorphism (SNP) markers revealed seven, four, and four SNP markers significantly (α=0.05, amplicon wise Bonferroni correction) associated with FT, NCLB, and NCLB resistance corrected for FT, respectively. These markers explained individually between 0.36 and 14.29% of the genetic variance of the corresponding trait. CONCLUSIONS: The very well interpretable pattern of SNP associations observed for FT suggested that data from applied plant breeding programs can be used to dissect polygenic traits. This in turn indicates that the associations identified for NCLB resistance might be successfully used in marker-assisted selection programs. Furthermore, the associated genes are also of interest for further research concerning the mechanism of resistance to NCLB and plant diseases in general, because some of the associated genes have not been mentioned in this context so far

Evaluation von Gliazellmarkern an einem organotypischen Hypoxiemodell der Netzhaut

Beim ZAV handelt es sich um eine ophthalmologische Notfallsituation. Der Patient erleidet innerhalb weniger Stunden einen irreversiblen Sehverlust. Eine Therapie gibt es derzeit nicht. Die neue Methode zur Erzeugung einer Ischämie in vitro mit Hilfe der Ischämiekammer ermöglicht es, einen ZAV nachzustellen und neue Therapieformen an Retinakulturen zu untersuchen. Sie wurde bereits von Matthias Blak erfolgreich in Bezug auf die retinalen Ganglienzellen getestet. Ziel dieser Arbeit war, die Auswirkungen einer Ischämie auf die Gliazellen der Retina zu untersuchen und zwei Therapieansätze zu testen. Dazu wurden immunhistochemische Färbungen durchgeführt. Eine Schwäche des in vitro Ischämiemodells ist die Tatsache, dass bereits die Axotomie einen Reiz darstellt, der Makro- und Mikroglia aktiviert. Die Glutamatversuche ergaben Ergebniswerte, die nicht für eine Aktivierung der Gliazellen oder eine Toxizität von Glutamat sprechen. Bei den Ischämieversuchen war kein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Ischämiedauer oder dem Zeitpunkt der Auswertung und der Gliareaktion festzustellen. Signifikant mehr aktivierte Makroglia wurde nur bei einer Ischämiedauer von 120 Minuten beobachtet (Auswertung nach 48 Stunden). Der Mikrogliaanteil fiel signifikant bei 60 Minuten Ischämie. Anhand des Ischämiemodells wurden zwei Therapieansätze getestet. Zum einen die Hypothermie (10 °C, 20 °C, 30 °C) und zum anderen das Medikament CSA. Die Hypothermie-Behandlung (20 °C) während und nach einer 75minütigen Ischämie führte zur signifikant geringer ausgeprägten Müllerzellgliose. Die Mikrogliareaktion blieb unbeeinflusst. Eine CSA-Behandlung zeigte keine Verminderung der Müllerzellaktivierung nach Ischämiestress. Die Werte der Mikrogliauntersuchungen sprechen für einen aktivierenden Effekt des CSA auf die Mikroglia. Die in vitro Simulation einer Ischämie mit der neu entwickelten Ischämiekammer mag sich für die Untersuchung der retinalen Ganglienzellen eignen. In Bezug auf die Gliazellen stellt sie aber keine zuverlässige Methode dar. Es ist keine Korrelation zwischen dem Überleben der retinalen Ganglienzellen und der Ausprägung der Gliose erkennbar

Haploinsufficiency of KMT2E Results in Transcriptional Changes and Leads to Non-syndromic Intellectual Disability

Diese Arbeit untersuchte KMT2E als Kandidatengen für geistige Behinderung mit Hilfe verschiedener funktioneller Untersuchungen. Ausgangspunkt war eine geistig behinderte Patientin mit einer de novo Variante in KMT2E (NM_182931.2: c.280delA, p.Thr94Leufs*25). Eine Literaturrecherche ergab keinerlei Hinweise auf eine Verbindung zwischen KMT2E und geistiger Behinderung, allerdings wurden KMT2E Varianten bereits in zwei Patienten mit Autismus-Spektrum- Störungen beschrieben. KMT2E, welches eine PHD und SET Domäne enthält, gehört zur KMT2 Familie der Histonmethyltransferasen und wurde mit Erkrankungen wie koronarer Herzkrankheit und hämatologischen Krebsarten assoziiert. Allerdings wurde KMT2E noch nicht mit neuronaler Entwicklung in Verbindung gebracht, obwohl Varianten der meisten KMT2-Proteinfamilienmitglieder in Patienten mit geistiger Behinderung identifiziert wurden. Um die Rolle von KMT2E bei geistiger Behinderung zu erforschen, wurden Doppelstrangbrüche mit CRISPR/Cas9 in HEK293 Zellen jeweils an den Positionen der KMT2E Varianten der geistig behinderten Patientin und zweier Autismus-Spektrum Patienten inseriert. Die Rolle von KMT2E auf Genexpressionsprofile wurde mit Hilfe von RNA-Seq untersucht. In einem Vergleich von drei KMT2E-Wildtyp und KMT2E-Knockout HEK293 Zelllinien wurden 30 Gene mit veränderter Expression gefunden. Um die Ergebnisse der RNA-Sequenzierung zu validieren, wurden elf dieser Gene in einer qRT-PCR getestet. Das Gen PDEA4 zeigte eine signifikant (P < 0,05) höhere Expression in den KMT2E-Knockout HEK293-Zelllinien als in den KMT2E-Wildtyp HEK293- Zelllinien. PDEA4, ein Mitglied der zyklischen Nukleotid-Phosphodiesterase- Familie, wirkt als cAMP Regulator in vielen verschiedenen grundlegenden Zellsignalwegen und wurde in der Literatur mit Autismus-Spektrum-Störung in Verbindung gebracht. Mittels Western Blot wurde der Einfluss von KMT2E Varianten auf die Histonmethylierung für H3K4me1, H3K4me2, H3K4me3 untersucht. Unsere Forschungsergebnisse fanden Eingang in eine Publikation mit 38 Probanden inklusive unserer Patientin, welche eine geistige Behinderung oder eine Autismus-Spektrum-Störung und eine KMT2E Variante zeigten. Die Ergebnisse unserer Studie identifizierten KMT2E als mögliche Ursache für geistige Behinderung. Weiterführende Forschungsarbeiten sind jedoch angezeigt, um die Funktion dieses Proteins vollständig aufzuklären. Diese Befunde versprechen neue therapeutische Ansätze für betroffene Patienten und erweitern unser Verständnis für geistige Behinderung

Dissecting grain yield pathways and their interactions with grain dry matter content by a two-step correlation approach with maize seedling transcriptome

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The importance of maize for human and animal nutrition, but also as a source for bio-energy is rapidly increasing. Maize yield is a quantitative trait controlled by many genes with small effects, spread throughout the genome. The precise location of the genes and the identity of the gene networks underlying maize grain yield is unknown. The objective of our study was to contribute to the knowledge of these genes and gene networks by transcription profiling with microarrays.</p> <p>Results</p> <p>We assessed the grain yield and grain dry matter content (an indicator for early maturity) of 98 maize hybrids in multi-environment field trials. The gene expression in seedlings of the parental inbred lines, which have four different genetic backgrounds, was assessed with genome-scale oligonucleotide arrays. We identified genes associated with grain yield and grain dry matter content using a newly developed two-step correlation approach and found overlapping gene networks for both traits. The underlying metabolic pathways and biological processes were elucidated. Genes involved in sucrose degradation and glycolysis, as well as genes involved in cell expansion and endocycle were found to be associated with grain yield.</p> <p>Conclusions</p> <p>Our results indicate that the capability of providing energy and substrates, as well as expanding the cell at the seedling stage, highly influences the grain yield of hybrids. Knowledge of these genes underlying grain yield in maize can contribute to the development of new high yielding varieties.</p