Identifying traits early in development could predict future biomass production in Miscanthus

Miscanthus sinensis

· New genetic tools have identified links between early establishment traits and biomass yield in Miscanthus.

· This marker-assisted selection technique could save years of waiting for Miscanthus plants to establish and become mature.

· The technique can be used to reliably select higher-yielding plants earlier in the Miscanthus life cycle.

URBANA, Ill. – The U.S. government has mandated a rise in domestic ethanol production from cellulosic bioenergy crops, spurring research to identify and improve high-yielding biomass crops. One of the strongest contenders is Miscanthus, a large Asian perennial grass. Several species and hybrids have proven to produce substantially greater biomass yields than switchgrass and other energy crops. However, Miscanthus crops can take from three to four years to establish before yields become reliable. A recent University of Illinois study used genetic markers to identify early developmental traits that correlate with future yield, potentially saving farmers and researchers years of time and effort.

According to the researchers, “this study begins to establish links between reproducible genetic markers and a number of key agronomic traits in Miscanthus sinensis.”

The researchers measured developmental and biomass traits over a period of three establishment years in the offspring of a cross between Miscanthus sinensis cultivars ‘Grosse Fontaine’ and ‘Undine.’ They then extracted DNA from the plants and examined the resulting single nucleotide polymorphisms, or SNPs, to develop a genetic map. The technique improves upon older types of genetic markers that were not as tightly linked to particular genes controlling important biomass traits.

“It represents one of the very first maps that was made and it’s also one of the first times we were able to map a number of genes associated with biomass productivity, and determine the locations of those genes in the Miscanthus genome,” says U of I geneticist Jack Juvik.

On a practical level, the researchers saw strong positive correlations between biomass yield and plant basal circumference, height, and tiller (stem) number, suggesting that plants that are able to grow taller and produce more tillers in the first few years may achieve higher yields in the long term. Furthermore, there were negative correlations between flowering time and yield, with early flowering individuals producing less biomass. Breeders could make use of that information to improve early selection of plants with enhanced biomass productivity to accelerate the breeding program.

“The advantage to marker-assisted breeding is that you can grow seedlings, collect DNA, and probe for a large suite of DNA markers that are linked to genes that confer the characteristics you want. That can save a lot of time, because you can identify potential phenotypes without having to wait 3-4 years to get a mature plant,” explained Juvik. “The value of this kind of system in Miscanthus is substantial in terms of breeding progress.”

In addition to saving time and providing breeders with specific traits to look for in high-yielding plants, the techniques used in the study and the initial results establish a jumping-off point for future work.

Juvik notes, “This is the starting point. We’ve continued this work and applied it to other populations and to other questions about breeding Miscanthus. This sets up the foundation for moving into a range of different applications.”

The paper, “Mapping the genome of Miscanthus sinensis for QTL associated with biomass productivity,” appears in GCB Bioenergy. The lead author was Justin Gifford, with additional U of I co-authors Juvik, Won Byoung Chae, Kankshita Swaminathan, and Stephen Moose. Funding was provided by the Consortium for Plant Biotechnology Research, the U.S. Department of Energy, and the Energy Biosciences Institute Feedstock Genomics Program.

 

Определение признаков на ранних стадиях развития может предсказать будущее производство биомассы в Miscanthus

Мискантус Синенсис

· Новые генетические инструменты выявили связи между ранними признаками установление и выхода биомассы в Miscanthus.

· Этот маркер при содействии метод выбора может сэкономить годы ждать мискантус растений для создания и стать зрелыми.

· Этот метод может быть использован для надежного выбора более доходных растений на ранних стадиях жизненного цикла Miscanthus.

Урбана, штат Иллинойс. - Правительство США поручило рост внутреннего производства этанола из целлюлозных биоэнергетических культур, стимулирование исследований с целью выявления и улучшения высокоурожайных культур биомассы. Один из самых сильных соперников Мискантус, большая азиатская многолетние травы. Несколько видов и гибридов оказались существенно больше производить урожаи биомассы, чем проса и других энергетических культур. Тем не менее, Мискантус культуры может занять от трех до четырех лет, чтобы установить, прежде чем доходность станет надежным. Недавний университет штата Иллинойс исследовании использовались генетические маркеры для выявления ранних признаков развития, которые коррелируют с будущего урожая, потенциально экономя фермеров и исследователей лет времени и усилий.

По словам исследователей, "это исследование начинается установление связей между воспроизводимыми генетическими маркерами и ряда ключевых агрономических признаков вMiscanthus синенсис."

Исследователи измерили развития и биомассы черты в течение трех лет истеблишмента в потомстве креста между мискантус SINENSIS культурных сортов 'Grosse Fontaine' и 'Ундина ». Затем они экстрагировали ДНК из растений и исследовали полученные одиночных нуклеотидных полиморфизмов, или ОНП, разработать генетическую карту. Методика улучшает старых типов генетических маркеров, которые не были так тесно связаны с определенными генами, контролирующими важные черты биомассы.

"Это представляет собой один из самых первых карт, что было сделано, и это также один из первых случаев, когда мы смогли сопоставить ряд генов, связанных с производительностью биомассы, а также определить расположение этих генов в геноме Miscanthus," говорит U из Я генетик Джек Juvik.

На практическом уровне, исследователи увидели сильные положительные корреляции между выходом биомассы и растений базисной окружности, высоты и рукояти (STEM) числа, предполагая, что растения, которые способны расти выше и производить больше земледельцев в течение первых нескольких лет может достичь более высоких урожаев в долгосрочной перспективе. Кроме того, были отрицательные корреляции между временем цветения и урожайности, с ранним цветением лиц, производящих меньше биомассы. Заводчики могли бы использовать эту информацию для улучшения ранней селекции растений с повышенной продуктивностью биомассы для ускорения программы разведения.

"Преимущество помощью маркеров селекции является то, что вы можете вырастить рассаду, собирать ДНК и зонд для большого набора ДНК-маркеров, которые связаны с генами, которые придают характеристики, которые вы хотите. Это может сэкономить много времени, потому что вы можете идентифицировать потенциальные фенотипы без необходимости ждать 3-4 лет, чтобы получить зрелый завод, "объяснил Juvik. "Значение такого рода системы в Miscanthus является существенным с точки зрения прогресса размножения."

В дополнение к экономии времени и предоставления заводчикам с конкретными признаками искать в высокопродуктивных растений, методы, используемые в исследовании, и первые результаты создания плацдарма точки для будущей работы.

Juvik отмечает, "Это является отправной точкой. Мы продолжаем эту работу и применил ее к другим группам населения, а также другие вопросы о разведении мискантус. Это создает основу для перемещения в диапазоне различных приложений ".

В этом документе, " Составление карты генома Miscanthus синенсис для QTL , связанных с производительностью биомассы," появляется в GCB биоэнергии. Ведущий автор Джастин Гиффорд, с дополнительным U от I соавторов Juvik, Вон Byoung Чэ, Kankshita Сваминатхан, и Стивен Moose.Финансирование было предоставлено Консорциумом по биотехнологии растений исследований, Министерства энергетики США, а также программы Genomics Energy Biosciences Institute Feedstock.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: