Comparison of PCR-based molecular marker analyses of Musa breeding populations

• Authors : Crouch, J.H.; Crouch, H.K.; Constandt, H.; Van Gysel, A.; Breyne, P.; Van Montagu, M.; Jarret, R.; Ortiz, R.


• Document type : Journal article


• Year of publication : 1999


• Journal title : Molecular Breeding


• Number : 5




• Pages : 233-244


• Peer-reviewed : Yes


• ISSN : 1380-3743; 1572-9788


• Language(s) : English


• Abstract : Progress in the breeding of plantain and banana has been restricted by the complex genetic structure and behaviour of cultivated polyploid Musa. Genetic improvement has been hindered due to the large amount of space required for growth and maintenance of plant populations, in addition to the long growth cycle and the low levels of fertility and seed viability characteristic of cultivated genotypes. Molecular marker assisted breeding has the potential to dramatically enhance the pace and efficiency of genetic improvement in Musa. This study was conducted to compare different PCR-based marker systems (RAPD, VNTR and AFLP) for the analysis of breeding populations generated from two diverse Musa breeding schemes. All three assays detected a high level of polymorphism between parental genotypes and within progeny populations. As expected, AFLP assays had by far the highest multiplex ratio while VNTR analysis detected the highest levels of polymorphism. AFLP analysis of a full-sib tetraploid hybrid population confirmed previous reports based on VNTR analysis, of a high frequency of recombination during 2n (3x) gamete formation by a triploid plantain landrace. In addition, both VNTR and RAPD analyses of a full-sib triploid hybrid population suggested a high frequency of homoeologous recombination during n (2x) gamete formation by tetraploid hybrids. In general, there was a poor correlation between estimates of genetic similarity based on different types of marker. The implications of these findings for the molecular breeding of Musa crops are discussed (Author's abstract).
  
  [Comparaison des analyses par marqueurs moléculaires basées sur la PCR pour les populations sélectionnées de Musa]
  
  [Les progrès en sélection des bananiers plantain et des bananiers ont été freinés par la structure génétique complexe et le comportement des Musa polyploïdes cultivés. L'amélioration génétique a été handicapée par la grande quantité d'espace requis pour la croissance et la maintenance des populations végétales, en plus de la longueur du cycle de croissance, des faibles taux de fertilité et des caractéristiques de viabilité des graines des génotypes cultivés. La sélection assistée par marqueurs moléculaires possède le pouvoir d'augmenter considérablement le rythme et l'efficacité de l'amélioration génétique des Musa. Cette étude compare les différents systèmes de marqueur basés sur la PCR (RAPD, VNTR et AFLP) pour l'analyse des populations en sélection produites par deux schémas de sélection de Musa. Chacune des trois analyses a détecté un niveau de polymorphisme élevé entre les génotypes parentaux et leurs descendances. Comme prévu, les analyses en AFLP ont eu le rapport multiplex de loin le plus grand tandis que l'analyse en VNTR détectait les niveaux les plus élevés de polymorphisme. L'analyse en AFLP d'une population hybride tétraploïde de pleins-frères a confirmé la haute fréquence de recombinaison pendant la gamétogenèse 2n (3x) dans une race locale de plantain triploïde, précédemment rapportée par analyse en VNTR. En outre, les analyses VNTR et RAPD d'une population hybride triploïde de pleins-frères ont suggéré une haute fréquence de recombinaison des homologues pendant la gamétogenèse de n (2x) à partir des hybrides tétraploïdes. En général, la corrélation entre les évaluations de la similarité génétique basées sur les différents types de marqueurs s'est révélée faible. Les implications de ces résultats pour l'amélioration moléculaire des Musa sont discutées (Résumé d'auteur).]
  
  [Comparación de los análisis de los marcadores moleculares basados en PCR de las poblaciones de mejoramiento de Musa]
  
  [El progreso en el mejoramiento de los bananos y plátanos ha sido restringido por la estructura genética compleja y el comportamiento de los poliploides cultivados de Musa. El mejoramiento genético ha sido obstaculizado debido a la gran cantidad de espacio que se requiere para el cultivo y mantenimiento de las poblaciones de las plantas, en adición al largo ciclo de crecimiento, bajos niveles de fertilidad y viabilidad de las semillas que son característicos de los genotipos cultivados. El mejoramiento asistido por marcadores moleculares tiene el potencial de mejorar dramáticamente el avance y la eficacia del mejoramiento genético en Musa. Este estudio fue llevado a cabo con el fin de comparar diferentes sistemas de marcadores basados en PCR (RAPD, VNTR y AFLP) para el análisis de las poblaciones de mejoramiento generadas de dos esquemas diferentes de mejoramiento de Musa. Los tres ensayos detectaron un alto nivel de polimorfismo entre los genotipos progenitores y dentro de las poblaciones de progenies. Como se esperaba, los ensayos AFLP tuvieron hasta la fecha la más alta proporción multíplice, mientras que el análisis VNTR detectó los mayores niveles de polimorfismo. El análisis AFLP de una población de hermanos completos de híbridos tetraploides confirmó los informes previos, basados en el análisis VNTR, sobre una alta frecuencia de recombinación durante la formación de los gametos 2n (3x) por una raza local de plátano triploide. En adición, tanto el análisis VNTR como el análisis RAPD de una población de hermanos completos de híbridos tetraploides, sugirieron una alta frecuencia de recombinación homóloga (homoeologous) durante la formación de los gametos n (2x) por híbridos tetraploides. En general, hubo una pobre correlación entre los estimados de similitud genética basada en diferentes tipos de marcadores. Se discuten las implicaciones de estos descubrimientos para el mejoramiento molecular de los cultivos de Musa (Resumen del autor).]


• Keywords : BREEDING; GENETIC MARKERS; BREEDING METHODS; RAPD; PCR


• Open access : No


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