|
||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
||
|
||||
Gene-based markers of pea
linkage
group V for mapping genes related to symbioses Zhukov, V.A.,1
Kuznetsova, E.V.,1
1 All-Russia Res. Inst. for Agri.
Microbiol., Saint-Petersburg, Russia
Ovchinnikova, E.S.,1 2 Dept. of Plant Sci. and Plant Path., Rychagova, T.S.1,
Titov, V.S.,1 Pinaev, A.G.,1
Montana State Univ., Bozeman, MT,
U.S.A.
Borisov, A.Y.,1 Moffet,
M.,2 Domoney, C.,3
3 Dept. ofMetabolic Biol., John
Innes Centre, Norwich, England
Ellis, T.H.N.,4 Ratet, P.,5 4 Dept. of Crop Gen., John Innes Centre, Norwich, England. Weeden, N.F.2 and
Tikhonovich, I.A.1
5
Inst. des Sci. du Vegetal, CNRS, Gif sur Yvette, France
Introduction
Genetic mapping, is a useful step
in the elucidation and understanding of different biological processes,
in
particular, interactions between plants and microbes during beneficial symbioses. To date, several types of DNA markers, namely RAPD, RFLP, AFLP, SSR, SSAP and gene-specific PCR markers, had been used in pea (Pisum sativum L.) for creating linkage maps and mapping the genes of important traits (1, 4, 6, 9, 10, 13, 18, 30). Further steps aimed at coding sequence identification refer to positional cloning, which is rather difficult in pea because of the large size of its genome (8), or candidate gene approach (1), which is now feasible due to advances in genome sequencing of the legume model species Medicago truncatula Gaertn. (32). Comparative mapping studies
reported a good conservation of marker order between pea and
Medicago
sativa L., a crop species closely related to M. truncatula, for a set of 103 genes (11), and directly between pea and M. truncatula for a set of 98 genes (1, 5). The conservation of synteny allows us to use the functional mapping approach in order to clone and sequence pea genes corresponding to phenotypic mutants by taking the following steps: 1. determine a rough location of the gene of
interest on the pea genetic map,
2. define the syntenic region in M.
truncatula,
3. identify M. truncatula genes in this
region that could be orthologous to pea mutants based on
their
biochemical function, 4. create pea markers based on selected M.
truncatula genes,
5. analyze recombination between gene-based markers
and the mutation in an extended population, and
6. sequence genes that do not demonstrate
recombination with mutant phenotype from corresponding
mutant and wild type lines. In order to exploit the synteny,
one has to map pea mutations in relation to gene-based markers and
to
compare the resulting map with physical map of M. truncatula. Initially, we concentrated on EST- derived markers to localize pea genes related to beneficial symbioses. Materials and
methods
Three pea mutant lines induced in
the laboratory line SGE (16) were used for gene mapping (Fig. 1).
SGEcrt
(curly roots, crt) forms a compact root system when grown in high-density substrate, such as quartz sand (26). SGEapm (cochleata, or coch) has reduced stipules, abnormal flowers, and sometimes forms roots on the tip of the nodules (27). SGEFix-- 7 (sym27), defective in nitrogen fixation, forms early senescent, greenish nodules (3). Segregating populations had been
created by crossing mutants SGEcrt, SGEapm and SGEFix-- 7 with
lines NGB1238, RT9 and 87-18 I-r, respectively, and following propagation of the F1. For analysis of mutant trait segregation, F2 plants were grown in growth chambers (Vb'tsch Industrietechnik VB 1014, Germany) under controlled conditions (day/night — 16/8 hours, temperature 21 °C, relative air humidity 75%). Seeds of F2 populations were treated with concentrated sulfuric acid for 15 min., washed ten times with distilled water and |
||||
|
||||
19 |
||||
|
||||
|
||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
||
|
||||
planted. F2 (SGEcrt x
NGB1238) (Pop1 — 103 individuals) were grown in quartz sand with full mineral nutrition added (2) and analyzed by phenotype (curled root system) during the 4th week after planting. F2 (SGEapm x RT9) (Pop2 — 94 individulas) were grown in vermiculite with full mineral nutrition, and formation of stipules was analyzed on the 7th-10th day after planting. F2 (SGEFix-- 7 x 87- 18 I-r) (Pop3 — 86 individuals) were also grown in quartz sand, but with mineral nutrition lacking NH4NO3 as a source of nitrogen, under |
||||
|
||||
inoculation with
Rhizobium leguminosarum bv. viciae CIAM1026 (23) immediately after planting. Four week old plants were scored |
Fig. 1. Phenotypes of crt,
coch and sym27 mutants obtained on line SGE. A - nodule of SGE; B - abnormal nodule of SGEapm (coch); C - shoot and flower of SGE; D - shoot and flower of SGEapm (coch): reduced stipules and deformed flower; E - section of nodule of SGE; F - section of early senescent nodule of SGEFix--7 (sym27); G - root system of SGE and SGEcrt (crt) grown in quartz sand (25). |
|||
for the presence or absence
of
functional nodules by observing their size and color. Because of
difficulties in phenotype determination in the F2,
the analysis was repeated in
the F3, which also provided information on F2 heterozygotes at the sym27 locus. DNA was extracted from leaves of
F2 plants, as well as of parental lines, by a standard CTAB
method (21)
with slight modifications. PCR amplification of DNA markers was performed in thermocyclers Personal Cycler (Biometra, Germany) and iCycler™ (Bio-Rad, USA). Direct sequencing of PCR products was performed in an automatic sequencer CEQ™ 8000 Genetic Analysis System (Beckman Coulter, USA). Detected SNPs were examined for change in recognition sites of endonucleases with use of web-based program dCAPS Finder 2.0. (20, helix.wustl.edu/dcaps/dcaps.html). Endonucleases for CAPS analysis were supplied by Fermentas (Lithuania) and SibEnzyme (Novosibirsk, Russia). Fractionation of restriction fragments was performed on agarose gels (1 — 3%, depending on size of the fragments). Genes for creating EST-markers were chosen by their location on linkage group V, according to Weeden et al. (30), Brauner et al. (4) and data collected on http://www.comparative-legumes.org/ (Table 1). Primers had been designed with help from the web-based program Oligonucleotide Properties Calculator (12, www.basic.northwestern.edu/biotools/oligocalc.html) and synthesized by Syntol (Moscow, Russia) and Evrogen (Moscow, Russia). Positions of corresponding genes in M. truncatula had been detected by CViT-BLAST search on http://www.medicago.org/genome/cvit_blast.php (default parameters, BLASTN and/or BLASTX), and the presence of homologous gene sequence had been confirmed by pairwise alignment on NCBI BLAST server (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/wblast2.cgi) (24). Genetic maps for each cross were
constructed using the program MapL98 (Prof. Yasuo Ukai,
Biometrics Laboratory, Graduate School of Agricultural Life Science, the University of Tokyo), (default parameters, LOD > 3.00). Genetic distances between markers were determined by converting the frequency of recombination events into Kosambi units (15). |
||||
|
||||
Results
Genes of interest had been
previously localized on linkage group V (LG V) of pea: crt in
relation to morphological markers r and tl and the protein marker Sca (26), cochleata in relation to gp and tl (19, 31, cited by Rozov et al. (22)), and later in relation to the protein markers His1 and Sca (22), and sym27 in relation to morphological markers gp and Ust (25). Therefore, we have chosen several genes of known position in LG V for |
||||
|
||||
20 |
||||
|
||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
the creation of EST-based markers
in order to localize genes of interest more precisely. In several cases
pea gene
sequences found on NCBI (Table 1) represented only cDNAs, and their exon-intron structure had to be determined using alignments with corresponding homologs in M. truncatula and Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. In addition to known pea markers, a gene for creating the marker Met2 was detected in BAC mth2- 165g15 of M. truncatula located in the middle of syntenic chromosome 7 of M. truncatula, and the corresponding sequence of the pea gene was found at NCBI. Also, for primer design for markers Enol and UDPgd conservative regions of nucleotide sequences of the corresponding genes of A. thaliana and Glycine max (L.) Merr. were used (17).
Primers were generated on the
base of exon sequence to amplify introns as these were considered more
likely to contain SNPs. PCR amplifications were performed on DNA of parental lines, and the resulting PCR products (approximately 500 — 2000 bp) were directly sequenced and examined for polymorphism. In the case of length polymorphism (TI1 and Met2 on Pop3) primer pairs were used directly for segregation analysis on F2 DNA, as well as in the case of allele-specific amplification (Apy on Pop2, VicJ on Pop2 and 3). Otherwise, polymorphic |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Table 1. Markers used for mapping in P.
sativum. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* Accession numbers relate to
pea genes, except those starting with At and Gm (Arabidopsis
thaliana
and Glycine max,
respectively) ** Numbers in this column indicate the number of segregating population (Pop1, 2 or 3) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sites had been tested on creation
or destruction of recognition site of endonuclease, and the
corresponding
enzyme was used to detect allele specificity of PCR products (Table 1). Recombination analysis detected
genetic distances between markers (Table 2), and genetic maps
were constructed for each cross individually (Figs. 2A, B, C). For coch and sym27 gene-based markers flanking genes |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
of interest had been determined,
while we were not able to find suitable markers flanking crt from
the top of linkage group V. The segregation of sym27 and several markers segregating in Pop3 appeared to be distorted |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Table 2. Segregation data for adjacent markers in all 3
populations studied. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
* - segregation ratio of
marker deviates from 1:2:1 **- segregation ratio of marker deviates from 1:2:1 P - allele of 1st marker, Q - allele of 2nd marker, H been analyzed as dominant. |
(P<0.05)
(P<0.01) presence of both alleles; "-"
indicates that marker had |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fig. 2. Genetic maps of pea
linkage
group V and corresponding
parts of
genome of M. truncatula
(www.
medicago.org/genome)
A - genetic map built on the basis
of
Pop1;
B - genetic map built on the
basis of
Pop2; C - genetic map built on the
basis of
Pop3;
D - part of chromosome 1 of
M.
truncatula; E - joint map of LG V of
pea;
F - part of chromosome 7 of M. truncatula. Black ovals indicate the
positions of presumable orthologs of pea genes of interest. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
22 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
when compared with a classical
1:2:1 ratio, but linkage between all of them was significant (Table
2).
Genetic maps for all three crosses
were compared in order to create a map of pea LG V, corresponding to
the karyotype of SGE line (Figure 2E). Also, comparison of the linkage map of pea LG V with physical maps of chromosomes 1 and 7 of M. truncatula was performed. M. truncatula BACs containing corresponding homologs of pea genes used as markers were detected by CViT-BLAST search against pseudochromosomes of M. truncatula (available at www.medicago.org/genome), and the genetic positions of identified BACs were used for creating comparative maps of pea LG V and chromosome 7 and part of chromosome 1 of M. truncatula (Figs. 2D, E, F; 3), on which the positions of probable orthologs of the mutated pea genes were detected. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Table 3. Positions of
homologues of pea markers in M.truncatula genome (according to data
deposited on www.medicago.org/genome). |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BAC containing homologue of
Enolase is placed in chromosome 6, whereas results of
genetic mapping of Enolase place it in chromosome 7, at the position 60.3 cM from the top. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Discussion
In pea, a long history of genetic
mapping with use of morphological and molecular markers resulted in
a
genetic map containing positions of numerous mutations (7, 28). In our work we performed the genetic mapping of three pea mutations in relation to gene-based markers, in order to exploit the synteny of pea and M. truncatula genomes for cloning and sequencing the mutated pea genes. Mutants obtained in the line SGE were crossed with genetically remote lines, expecting to get a high level of polymorphism in segregating populations. Indeed, the sequences of tested markers were polymorphic, and the most remote line 87-18 I-r exhibited length polymorphism of TI1 and Met2. Nevertheless, this line appeared to carry the JI1794 allele of Sym22 leading to formation of a decreased number of nodules, and this made the analysis of symbiotic traits difficult in this particular case. The use of several mutants
obtained in the same line, SGE, as well as the use of the same markers,
let us
combine the results of three independent crosses and calculate the resulting map of LG V. The order of markers used, as well as the genetic distances between them, is in good agreement with previously published pea maps (http://www.comparative-legumes.org/). However, the new results on mapping crt are in contradiction with those described in the article of Kuznetsova et al. (17), even though they are obtained on the same segregating population. We attribute this discrepancy to the fact that most of the markers used by Kuznetsova et al (17) were dominant markers, and when we took into consideration additional co-dominant markers (and excluded dominant morphological markers r and tl), the genetic distances between markers changed noticeably. We therefore consider these results on crt mapping as an update of the previous ones. The comparison of relative
positions of markers on pea and M. truncatula maps confirmed the
high level of macrosynteny between pea LG V and chromosome 7 of M. truncatula and revealed a small region of synteny between the top of pea LG V and the middle part of chromosome 1 of M. truncatula. The phenomenon of |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
||
|
||||
synteny makes it possible to
define the position of probable orthologs of pea genes of interest in the
genome of
M. truncatula. Based on localization of cochleata, the position of M. truncatula orthologous gene was calculated to be around 54.0 cM on the map presented on http://www.medicago.org/. A Tnt1-disrupted gene of M. truncatula with a similar phenotypic manifestation is localized exactly in this site and, therefore, is probably orthologous to coch (P. Ratet, unpub.). The positions of orthologs of sym27 and crt, are not detected so accurately, for two reasons. First, the saturation of the M. truncatula physical map is not high enough throughout, and the regions probably syntenic to those of crt and sym27 still need to be sequenced properly. Second, the homologs of the markers Rpl24A and Paal2 (that are close to crt) lie not in chromosome 7 (as the homolog of Enol does), but in chromosome 1, suggesting the existence of synteny between pea LG V and chromosome 1 of M. truncatula and making uncertain the position of the orthologue of crt. Therefore, some additional markers need to be designed based on sequences of M. truncatula genes localized in "syntenic regions", paying particular attention to genes of transcriptional regulators and membrane proteins as the most probable candidates to be crt and sym27, respectively. conclusions
Genetic mapping of pea genes
makes possible gene cloning based on homology with known genes of
model
objects M. truncatula, A. thaliana and Lotus japonicus (Regel.) Larsen, and the exploitation of syntenic relationships between legume plants rapidly facilitates the work. To date, eight pea symbiotic genes have been cloned using this approach (3), and precise mapping of crt, coch and sym27 with the use of cross-species gene- based markers will draw us near to the cloning and sequencing of these genes. The set of developed gene-based markers of pea LG V is also planned to be used for mapping the symbiotic pea genes sym16 and sym38, previously localized in pea LG V (14, 29). In general, functional mapping seems to be a fruitful approach for cloning pea genes related to symbioses. Acknowledgments: This work was supported by the grants of
RFBR (07-04-01171, 07-04-01558, 07-04-13566, 06-04-
89000-NWOC_a), grant of the
President of Russia HIII-9744.2006.4, grant of Russian Ministry of
Education and Science
02.512.11.2182, grant of Burgundy Administration (07 9201 AA040 S 3623), NWO grant 047.018.001 and the EU grant 'Grain Legumes' FOOD-CT-2004-506223. 1. Aubert, G., Morin, J., Jacquin, F., Loridon, K.,
Quillet, M.C., Petit, A., Rameau, C.,
Lejeune-Henaut, I., Huguet, T. and Burstin, J. .2006. .Theor. Appl. Genet. 112: 1024-1041. 2. Borisov, A.Y., Rozov, S.M., Tsyganov, V.E.,
Morzhina, E.V., Lebsky, V.K. and Tikhonovich, I.A. 1997.
Mol. Gen. Genet. 254: 592-598.
3. Borisov, A.Y., Vasil'chikov, A.G., Voroshilova,
V.A., Danilova, T.N., Zhernakov, A.I., Zhukov, V.A.,
Koroleva, T.A., Kuznetsova, E.V., Madsen, L., Mofett, M., Nemankin, T.A., Ovchinnikova, E.S., Pavlova, Z.B., Petrova, N.E., Pinaev, A.G., Radutoiu, S., Rozov, S.M., Rychagova, T.S., Solovov, I.I., Topunov, A.F., Weeden, N.F., Tsyganov, V.E., Shtark, O.Y., Stougaard, J., Naumkina, T.S. and Tikhonovich, I.A. 2007. Russian J. Appl. Biochem. Microbiol. ("Prikladnaya biokhimiya I mikrobiologiya") 43: 237-243. 4. Brauner, S., Murphy, R.L., Walling, J.G.,
Przyborowski, J. and Weeden, N.F. 2002. J. Am. Soc. Hortic.
Sci. 127: 616-622. 5. Choi, H.K., Mun, J.H., Dong-Jin, K., Zhu, H.,
Baek, J.M., Mudge, J., Roe, B., Ellis, N., Doyle, J., Kiss,
G.B., Young, N.D. and Cook, D.R. 2004. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 101: 15289-15294. 6. Ellis, T.H., Poyser, S.J., Knox, M.R., Vershinin,
A.V. and Ambrose, M.J. 1998. Mol. Gen. Genet. 260: 9-
19. 7. Ellis, T.H.N. and Poyser, S.J. 2002. New Phytol.
153: 17-25.
8. Gresshoff, P.M. 2003. Genome Biol. 4:
201.
9. Hall, K.J., Parker, J.S., Ellis, T.H.N., Turner,
L., Know, M.R., Hofer, J.M.I., Lu, J., Ferrandiz, C.,
Hunter, P.J., Taylor, J.D. and Baird, K . 1997. Genome 40: 755-769. 10. Irzykowska, L., Wolko, B. and
Swiecicki, W. K. 2002. Cell. Mol. Biol. Lett. 7:
417-422. |
||||
|
||||
24 |
||||
|
||||
|
||||
Pisum
Genetics |
2007—Volume
39 |
Research
Papers |
||
|
||||
11. Kalo, P., Seres, A., Taylor,
S.A., Jakab, J., Kevei, Z., Kereszt, A., Endre, G., Ellis, T.H. and Kiss,
G.B.
2004. Mol. Genet. Genomics 272: 235-246.
12. Kibbe, W.A. 2007. Nucleic Acids Res. 35 (Web
Server issue): W43-W46.
13. Konovalov, F.A., Toshchakova, E.A. and Gostimsky,
S.A. 2005. Cell. Mol. Biol. Lett. 10: 163-171.
14. Koroleva, T.A., Voroshilova, V.A., Tsyganov,
V.E., Borisov, A.Y. and Tikhonovich, I.A. 2001. Pisum
Genetics. 33: 30-31. 15. Kosambi, D.D. 1944. Annual Eugenics 12:
172-175.
16. Kosterin, O.E. and Rozov, S.M. 1993. Pisum
Genetics 25: 27-31.
17. Kuznetsova, E.V., Tsyganov, V.E., Pinaev, A.G.,
Moffet, M.D., Borisov, A.Y. and Tikhonovich, I.A. 2005.
Pisum Genetics 37: 42-44. 18. Loridon, K., McPhee, K., Morin, J., Dubreuil, P.,
Pilet-Nayel, M.L., Aubert, G., Rameau, C., Baranger,
A., Coyne, C., Lejeune-Henaut, I. and Burstin, J. 2005. Theor. Appl. Genet. 111: 1022-1031. 19. Marx, G.A. 1969. Pisum Newslett. 1:
20-21.
20. Neff, M.M., Turk, E. and Kalishman, M. 2002.
Trends Genet. 18: 613-615.
21. Rogers, S.O. and Bendich, A.J. 1985. Plant Mol.
Biol. 5: 69-76.
22. Rozov, S.M., Temnykh, S.V., Gorel, F.L. and
Berdnikov, V.A. 1993. Pisum Genetics 25: 46-51.
23. Safronova, V.I. and Novikova, N.I. 1996. J.
Microbiol. Meth. 24: 231-237.
24. Tatusova, T.A. and Madden, T.L. 1999. FEMS
Microbiol. Lett. 174: 247-250.
25. Tsyganov, V.E. 1998. PhD Thesis. ARRIAM,
St.Petersburg, Russia.
26. Tsyganov, V.E., Pavlova, Z.B., Kravchenko, L.V.,
Rozov, S.M., Borisov, A.Y., Lutova, L.A. and
Tikhonovich, I.A. 2000. Ann. Bot.
86: 975-981.
27. Voroshilova, V.A., Tsyganov, V.E., Rozov S.M.,
Priefer, U.B., Borisov, A.Y. and Tikhonovich, I.A. 2003.
In: Tikhonovich, I., Lugtenberg, B. and Provorov, N. (eds.) Biology of Plant-Microbe Interactions, Vol.4. APS Press, St. Petersburg,
Russia-St. Paul, MN, U.S.A., pp 376-379.
28. Weeden, N.F. and Wolko, B. 1990. In: O'Brien, S.
J. (ed.) Genetic Maps, 5th Ed., Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring
Harbor, NY, pp 6.106-6.112.
29. Weeden, N.F., Kneen, B.E. and LaRue, T.A. 1990.
In: Gresshoff, P.M., Roth, L.E., Stacey, G. and
Newton, W.E. (eds.) Nitrogen
Fixation: Achievements and Objectives. Chapman and Hall, New
York-
London, pp 323-330. 30. Weeden, N.F., Tonguc, M. and Boone, W.E. 1999.
Pisum Genetics 31: 30-31.
31. Wellensiek, S.J. 1962. Genetica (Netherlands) 33:
145-153.
32. Young, N.D., Cannon, S.B., Sato, S., Kim, D.,
Cook, D.R., Town, C.D., Roe, B.A. and Tabata, S. 2005.
Plant Physiol. 137:
1174-1181. |
||||
|
||||
25 |
||||
|
||||