Faculté des sciences

Specific genetic markers for wheat, spelt, and four wild relatives: comparison of isozymes, RAPDs, and wheat microsatellites

Guadagnuolo, Roberto ; Savova-Bianchi, Dessislava ; Felber, François

In: Genome, 2001, vol. 44, no. 4, p. 610–621

Trois types de marqueurs—les isozymes, les RAPDs (« random amplified polymorphic DNAs ») et les microsatellites du blé—ont été testés sur six espèces appartenant à la tribu des Triticeae, le blé, l'épeautre et quatre espèces sauvages apparentées (Aegilops cylindrica, Elymus caninus, Hordeum marinum et Agropyron junceum). Le but de l'étude était... Plus

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    Résumé
    Trois types de marqueurs—les isozymes, les RAPDs (« random amplified polymorphic DNAs ») et les microsatellites du blé—ont été testés sur six espèces appartenant à la tribu des Triticeae, le blé, l'épeautre et quatre espèces sauvages apparentées (Aegilops cylindrica, Elymus caninus, Hordeum marinum et Agropyron junceum). Le but de l'étude était d'évaluer leur capacité de générer des marqueurs spécifiques pour la différenciation des espèces cultivées et sauvages. Les marqueurs ont été produits afin de pouvoir détecter ultérieurement de l'introgression d'ADN du blé dans les espèces apparentées. Tous les types de marqueurs ont permis de séparer les espèces cultivées des sauvages. Les microsatellites du blé n'ont pas été amplifiés dans toutes les espèces sauvages, alors que les RAPDs et les isozymes ont détecté du polymorphisme chez toutes les espèces. Les dendrogrammes obtenus à partir des données RAPD et isozymes distinguaient les variétés de blé autrichienne et anglaises des suisses, alors qu'aucune séparation entre blé et épeautre suisses n'y était observée. Une légère discrimination entre populations anglaises et autrichiennes d'E. caninus a été obtenue avec les marqueurs RAPD. Les populations d'Ae. cylindricaétaient séparées dans le dendrogramme obtenu avec les microsatellites du blé, alors que ce dernier groupait H. marinum et E. caninus. Les matrices de similarité basées sur les trois types de marqueurs étaient fortement corrélées. La valeur la plus élevée a été obtenue entre la matrice des RAPD et celle des isozymes (test de Mantel, r = 0,93). Entre la matrice basée sur les microsatellites et celles basées sur les RAPD et les isozymes, la corrélation était plus faible, 0,74 et 0,68 respectivement. Alors que les microsatellites sont très utiles pour la comparaison de lignées fortement apparentées, ils sont moins appropriés pour l'étude de taxons relativement éloignés. Les isozymes peuvent générer suffisamment de marqueurs pour différencier les espèces, mais ils sont moins adaptés pour l'étude de la diversité génétique intraspécifique. Les RAPDs peuvent produire un grand nombre de marqueurs utiles pour l'étude de la diversité inter- et intra-spécifique, plus rapidement et facilement que les isozymes et les microsatellites.
    Summary
    Three types of markers—isozymes, RAPDs (random amplified polymorphic DNAs), and wheat microsatellites—were tested on wheat, spelt, and four wild wheat relatives (Aegilops cylindrica, Elymus caninus, Hordeum marinum, and Agropyron junceum). The aim was to evaluate their capability to provide specific markers for differentiation of the cultivated and wild species. The markers were set up for subsequent detection of hybrids and introgression of wheat DNA into wild relatives. All markers allowed differentiation of the cultivated from the wild species. Wheat microsatellites were not amplified in all the wild relatives, whereas RAPDs and isozymes exhibited polymorphism for all species. The dendrograms obtained with RAPD and isozyme data separated Swiss wheat cultivars from those collected in Austria and England, while no difference was found between Swiss spelt and wheat. RAPD data provided a weak discrimination between English and Austrian E. caninus. The microsatellite-based dendrogram discriminated populations of Ae. cylindrica, but no clear separation of H. marinum from E. caninus was revealed. The similarity matrices based on the three different sets of data were strongly correlated. The highest value was recorded between the matrices based on RAPDs and isozymes (Mantel's test, r = 0.93). Correlations between the similarity matrix based on microsatellites and matrices based on RAPDs and isozymes were lower: 0.74 and 0.68, respectively. While microsatellites are very useful for comparisons of closely related accessions, they are less suitable for studies involving less-related taxa. Isozymes provide interesting markers for species differentiation, but their use seems less appropriate for studies of within-species genetic variation. RAPDs can produce a large set of markers, which can be used for the evaluation of both between- and within-species genetic variation, more rapidly and easily than isozymes and microsatellites.