Predicting progeny performance in common bean (Phaseolus vulgaris L.) using molecular marker-based cluster analysis

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Abstract:

Recovery of superior individuals from a cross based solely on the phenotypic characteristics of single-plant selections is inefficient because some traits, like yield, have low heritabilities, or because it is difficult to create the correct conditions for selection, as with disease resistance. In contrast, molecular markers are highly heritable and unaffected by environmental conditions. The objective of this study was to investigate the potential of molecular markers to identify superior lines in a breeding population by examining relationships between genetic distances (GDs) and phenotypic data for eight agronomic and architectural traits (branch angle, height, hypocotyl diameter, lodging, maturity, upper pods, pods per plant, and yield) obtained from three locations over a two-year period. From an elite common bean (Phaseolus vulgaris L.) cross, 110 recombinant inbred lines (RILs) and the two parents were screened with 116 random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers. Pairwise GD values were calculated between each line and a selected "target" (the parent 'OAC Speedvale') using the Jaccard method and correlated to the trait data. The correlations were low and non-significant for all traits, except for branch angle (r = 0.30), maturity (r = –0.25), and pods per plant (r = 0.35). The lines were also grouped according to their cluster-based GD from the target parent using UPGMA cluster analysis. Trait data of lines within groups were combined and correlated to cluster-based GD. Correlation values were large and significant for all traits. Additionally, one-half of the top 10 yielding lines and nearly one-third of the best phenotypically ranked lines were present within the 13% of lines clustered nearest the target. A selection method using marker-based cluster analysis (MBCA) is suggested to assist phenotypic selection by directing a breeder's attention to a subsample of the population containing a high proportion of superior lines.Key words: genetic distance, recombinant inbred lines, RAPD.

La sélection d'individus supérieurs au sein d'une descendance en faisant appel uniquement à la sélection phénotypique de plantes individuelles est inefficace car certains caractères, tels que le rendement, ont une faible héritabilité ou encore parce qu'il est difficile de produire les conditions appropriées pour conduire la sélection comme dans le cas de la résistance à un pathogène. Par contre, les marqueurs moléculaires ont une héritabilité élevée et ne sont pas affectés par les conditions environnementales. L'objectif de cette étude était d'examiner le potentiel des marqueurs moléculaires pour des fins d'identification de génotypes supérieurs au sein d'une population de sélectionneur. Pour y arriver, les relations entre les distances génétiques (GD) et les données phénotypiques pour huit caractères agronomiques ou morphologiques (l'angle de branchement, la hauteur, le diamètre de l'hypocotyle, la verse, la maturité, les gousses supérieures, le nombre de gousses/plant et le rendement), obtenues sur trois sites et deux ans, ont été examinées. D'un croisement élite chez le haricot (Phaseolus vulgaris L.), 110 lignées recombinantes fixées (RIL) et les deux parents ont été examinés à l'aide de 116 marqueurs RAPD (ADN polymorphe amplifié au hasard). Des mesures de la distance génétique entre paires de lignées ont été obtenues pour chaque lignée et une lignée de référence (le parent 'OAC Speedvale') à l'aide de la méthode de Jaccard et ces mesures ont été corrélées avec les données phénotypiques. Les corrélations étaient faibles et non-significatives pour tous les caractères à l'exception de l'angle de branchement (r = 0,30), de la maturité (r = –0,25) et du nombre de gousses par plant (r = 0,35). Les lignées ont été groupées par la méthode UPGMA en utilisant les données de GD par rapport au parent de référence. Les données phénotypiques des lignées au sein des groupes ont été combinées et corrélées aux GD. Des corrélations fortes et significatives pour tous les caractères ont été obtenues. De plus, la moitié des 10 lignées présentant le meilleur rendement et près du tiers des lignées les plus performantes sur l'ensemble des phénotypes étaient présentes au sein du groupe le plus proche de la cible, lequel groupe constituait 13 % de la population. Une méthode de sélection reposant sur l'analyse de groupement fondée sur les marqueurs moléculaires (« marker-based cluster analysis » ; MBCA) est proposée pour aider le sélectionneur en faisant porter son attention sur une sous-population qui comprend une forte proportion de lignées supérieures.Mots clés : distance génétique, lignées recombinantes fixées, RAPD.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: April 1, 2003

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