Molecular characterization of the waxy locus in sorghum

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Abstract:

A comparison of approximately 4.5 kb of nucleotide sequence from the waxy locus (the granule-bound starch synthase I [GBSS I] locus) from a waxy line, BTxARG1, and a non-waxy line, QL39, revealed an extremely high level of sequence conservation. Among a total of 24 nucleotide differences and 9 indels, only 2 nucleotide changes resulted in altered amino acid residues. Protein folding prediction software suggested that one of the amino acid changes (Glu to His) may result in an altered protein structure, which may explain the apparently inactive GBSS I present in BTxARG1. This SNP was not found in the second waxy line, RTx2907, which does not produce GBSS I, and no other SNPs or indels were found in the approximately 4 kb of sequence obtained from RTx2907. Using one indel, the waxy locus was mapped to sorghum chromosome SBI-10, which is syntenous to maize chromosome 9; the waxy locus has been mapped to this maize chromosome. The distribution of indels in a diverse set of sorghum germplasm suggested that there are two broad types of non-waxy GBSS I alleles, each type comprising several alleles, and that the two waxy alleles in BTxARG1 and RTx2907 have evolved from one of the non-waxy allele types. The Glu/His polymorphism was found only in BTxARG1 and derived lines and has potential as a perfect marker for the BTxARG1 source of the waxy allele at the GBSS I locus. The indels correctly predicted the non-waxy phenotype in approximately 65% of diverse sorghum germplasm. The indels co-segregated perfectly with phenotype in two sorghum populations derived from crosses between a waxy and a non-waxy sorghum line, correctly identifying heterozygous lines. Thus, these indel markers or sequence-based SNP markers can be used to follow waxy alleles in sorghum breeding programs in selected pedigrees.

Une comparaison d’environ 4,5 kb de séquence nucléotidique au locus GBSS I (« granule-bound starch synthase I ») chez une lignée waxy, BTxARG1, et une lignée non-waxy, QL39, a révélé une très forte conservation de la séquence. Du total de 24 différences nucléotidiques et 9 indels, seulement deux changements altéraient la séquence d’acides aminés. Des analyses effectuées avec des logiciels de prédiction de la structure des protéines ont suggéré qu’un des changements (Glu/His) pourrait entrainer une structure protéique altérée, ce qui pourrait expliquer l’apparente inactivité de la GBSS présente chez BT1xARG1. Ce SNP n’a pas été observé chez la seconde lignée waxy, RTx2907, laquelle ne produit aucun GBSS I. Aucun autre SNP/indel n’a été trouvé chez les ~4 kb de séquence qui ont été obtenus du génotype RTx2907. À l’aide d’un indel, le locus waxy a été assigné à SBI-10, lequel est synténique au chromosome 9 du maïs, le chromosome auquel a été assigné le locus waxy. La distribution des indels chez une collection variée de germoplasme du sorgho suggère qu’il y a deux grands types d’allèles GBSS I non-waxy, chacun avec plusieurs allèles, et que les deux allèles waxy présents chez BTxARG1 et RTx2907 sont dérivés d’un seul des allèles non-waxy. Le polymorphisme Glu/His était uniquement présent chez BTxARG1 et les lignées qui en sont dérivées et il pourrait s’avérer un marqueur parfait pour l’allèle waxy provenant de BTxARG1. Les indels ont correctement prédit le phénotype non-waxy chez environ 65 % de diverses lignées du germoplasme du sorgho. Les indels ont présenté une co-ségrégation parfaite avec le phénotype chez deux populations de sorgho dérivées de croisements entre une lignée waxy et une lignée non-waxy, y compris l’identification des hétérozygotes. Ainsi, on peut employer ces marqueurs indels ou SNP pour suivre les allèles waxy dans des travaux de sélection chez des pedigrees choisis.

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2008

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