Utilizing a wild barley nested association mapping (NAM) population for genome-wide association studies - [kumulative Dissertation]

Abstract

Die zukünftigen Getreideerträge werden maßgeblich von den prognostizierten Auswirkungen des Klimawandels beeinflusst. Die Pflanzenzüchtung nimmt bei der Bewerkstelligung dieser Herausforderungen eine Schlüsselrolle ein. Eine Hürde stellt dabei jedoch die reduzierte Anpassungsfähigkeit moderner Elitesorten an sich ändernde Umweltbedingungen dar. In den vergangenen Jahren hat sich das Konzept multiparentaler Populationen etabliert, um die Vererbung wichtiger agronomischer Merkmale zu untersuchen und die genetische Vielfalt in der modernen Pflanzenzüchtung durch exotische Allele wieder zu erhöhen. In dieser Arbeit wird die Entwicklung der weltweit ersten nested association mapping (NAM)-Population in Wildgerste, HEB-25, dargestellt. HEB-25 ist eine multiparentale Population, die auf Kreuzungen der Elitesorte Barke mit 25 diversen Wildgersten beruht. Die Vererbung entwicklungsspezifischer Merkmale, die im Hinblick auf das Vermeiden von abiotischem Stress relevant sind, wurde mittels genomweiter Assoziationsstudien (GWAS) untersucht und das Potential ausgewählter Wildallele für die zukünftige Pflanzenzüchtung untersucht.

Future world crop production is expected to be severely impacted by prospected effects of climate change. Plant breeding is regarded to play a key role in facing the resulting challenges. However, one major constraint plant breeding has to deal with is a reduced adaptability of the current elite breeding germplasm to a changing environment. Therefore, in recent years the concept of multi-parental mapping populations evolved to investigate the genetic architecture of important agronomic traits and to replenish the elite breeding pool with new favorable exotic alleles. In this thesis the development of the worldwide first wild barley nested association mapping (NAM) population, HEB-25,is reported.HEB-25 is a multi-parental mapping population based on crosses of the elite barley cultivar Barke with 25 highly divergent wild barleys. The genetic architecture of plant developmental traits, which are relevant with regard to escaping a biotic stresses, were investigated via genome-wide association studies (GWAS) and the potential of selected wild alleles for future breeding was evaluated.