High-resolution mapping of a QTL for Fusarium Head Blight resistance on chromosome 2A in Triticum monococcum

Securing wheat production is of prime importance with regard to feeding the earth’s growing population. Wheat is threatened by a lot of abiotic and biotic factors leading to severe yield losses. One important disease is Fusarium Head Blight (FHB), caused by different Fusarium spp. The disease leads to yield losses up to 40 %, a reduction in quality and a health risk for mankind due to toxic secondary metabolites that arise during the infection process. Therefore, FHB belongs to the most important wheat diseases and is extensively studied worldwide. To improve resistance of wheat to Fusarium spp., this study was conducted to get detailed information on the genetics of a new source of resistance, detcted in Triticum monococcum, which is a close relative of bread wheat. To achieve this, a DH-population based on a cross between Triticum monococcum accession mon10-1, which is moderately resistant to FHB and the FHB susceptible Triticum monococcum L. conv. sinskayae (Sinskayae) comprising of 94 DH-lines was analysed. The population was phenotyped in two years field trials and genotyped by DArT analyses resulting in a genetic map of 1987.55 cM. Based on these data, two neighbouring QTLs were mapped in an interval of 45.1 cM on the short arm of chromosome 2A. Further analyses aimed at shortening the QTL interval and the identification of closely linked markers and candidate genes by a map-based cloning approach. A high-resolution mapping population was developd out of 1991 F2-plants, that traced back to crosses between three susceptible and two resistant DH-lines of the original population. 333 RILs were developed of which 268 were used for phenotypic evaluation with F. culmorum (Isolate: Fc46) in field and greenhouse trials. Marker saturation was conducted based on the 90K iSelect chip, genotyping-by-sequencing (GBS) and known genetic maps of Triticum monococcum. Out of these, 21 KASP markers were developed and mapped within the QTL interval. Assigning these markers to the physical map of T. aestivum resulted in an interval of 31.4 Mbp. However, by phenotyping respective segmental RILs, the resistance locus was not located within this interval. A new QTL analysis with a reduced marker set of the DH-mapping population using their physical postitions was conducted and resulted in a switch of the peak markers to a proximal region of chromosome 2A into an interval between 499.25 – 607.96 Mbp. This QTL mapped in the same region like the soft glume (sog)-gene, but it is unclear if the QTL effect is due to tight linkage between sog- and FHB resistance gene or pleiotropy. Die Sicherstellung und Erhöhung des Weizenertrags hat heutzutage weltweit große Bedeutung, um die Ernährung der stetig wachsenden Gesellschaft zu sichern. Eine sehr bedeutende Krankheit im Weizen ist die Ährenfusariose (engl. Fusarium Head Blight, FHB), die durch verschiede Fusarium spp.- Pilze hervorgerufen wird. Diese kann zu Ertragsverlusten bis zu 40% führen und durch die Bildung von Mykotoxinen während des Infektionszyklus, die Qualität mindern sowie die Gesundheit von Mensch und Tier gefährden. In der folgenden Studie wurde das Resistenzverhalten im Einkorn (Triticum monococcum) gegenüber Fusarium untersucht. Dazu wurde eine DH-population, bestehend aus 94 DH-Linien, erstellt und analysiert, die auf eine Kreuzung zwischen Triticum monococcum L. (mon10-1: moderates Resistenzverhalten) und Triticum monococcum L. conv. sinskayae (Sinskayae: anfällig) zurückgeht. Die DH-Population wurde in zweijährigen Feldversuchen phänotypisiert und mit DArT und SSR-Markern genotypisiert, was in einer genetischen Karte von 1987.55 cM resultierte. In einer anschließenden QTL-Analyse wurden zwei benachbarte QTL auf Chromosom 2A in einem Intervall von 45.1 cM (31.4 Mbp) kartiert. Mit der Methode der kartengestützten Genisolierung wurde das QTL Intervall verkleinert um eng gekoppelte Marker oder Kandidatengene zu identifizieren, die diese Variation bewirken. Dazu wurde eine hochauflösende Kartierungspopulation, bestehend aus 1991 F2-Pflanzen erstellt, die auf eine Kreuzung zwischen zwei resistenten und drei anfälligen DH-Linien der ursprünglichen DH-Population zurückgeht. Es konnten 333 rekombinante Inzuchtlinien (RIL) identifiziert werden. Von diesen wurden 268 RILs in Gewächshaus- und Feldversuchen mit dem Fusarium-Isolat Fc46 phänotypisiert und mit 21, durch genotyping-by-sequencing (GBS), den 90K iSelect Chip und der genetischen Karte von Triticum monococcum, neu entwickelten KASP-Markern genotypisiert. Dennoch war es nicht möglich den Resistenzlocus innerhalb des Intervalls zu kartieren. Eine neue QTL-Analyse mit den physikalischen Positionen eines reduzierten Markersets aus der ursprünglichen DH-Population zeigte, dass sich die Peak-Marker in eine Region zwischen 499.25 – 607.96 Mbp verschieben. Ebenfalls wird das sog-Gen in dieser Region vermutet, welches verantwortlich für die Ährenform von Triticum sinskayae ist. Es ist unklar, ob der beobachtete Effekt durch eine enge Kopplung beider Gene in dieser genomischen Region hervorgerufen wird oder durch Pleiotropie.