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Title: Molecular markers validation to develop a Marker Assisted Selection programme in durum wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum (Desf) Husn.)
Other Titles: Validazione di marcatori molecolari per lo sviluppo di un programma di Marker Assisted Selection in frumento duro (Triticum turgidum L. subsp. durum (Desf) Husn.)
Authors: Menzo, Virginia Melania
Keywords: Plant breeding;Durum wheat;Marker-assisted selection;Gene-pyramiding;TILLING;NPR1;Miglioramento genetico;Frumento duro;Selezione assistita da marcatori;AGR/07
Issue Date: 21-Mar-2011
Publisher: Università degli studi della Tuscia - Viterbo
Series/Report no.: Tesi di dottorato di ricerca. 23. ciclo
Abstract: 
Recognizing the enormous potential of DNA markers in plant breeding, many
agricultural research centers and plant breeding institutes have adopted the capacity for
marker development and marker-assisted selection (MAS). DNA markers have enormous
potential to improve the efficiency and precision of conventional plant breeding via
marker-assisted selection. Progress has been made in mapping and tagging many
agriculturally important genes with molecular markers which forms the foundation for
MAS in crop plants.
Molecular markers have several advantages over the traditional phenotypic markers
that were previously available to plant breeders. They offer great scope for improving the
efficiency of conventional plant breeding by carrying out selection not directly on the
trait of interest but on molecular markers linked to that trait. This, of course, would
require a molecular marker to be tightly linked to the trait of interest. Besides, these
markers are not environmentally regulated and are, therefore, unaffected by the
conditions in which the plants are grown and are detectable in all stages of plant growth.
The use of marker-assisted selection for improving complex traits is one of the
challenges facing wheat breeders. Wheat is one of the major food crops utilised
worldwide. Modern cultivars of bread wheat (Triticum L. subsp. aestivum) and durum
wheat (Triticum turgidum L. subsp. durum (Desf) Husn.) are the result of extensive
selection by breeders to meet the agronomic and quality requirements of the diverse
environments under which they are cultivated and the wide range of products for which
they are utilised.
In the Italian context, pasta is the worldwide appreciated end product made from
durum wheat and improvement of end use quality in durum wheat is very essential. In the
efforts on durum wheat improvement, we focused on developing new Italian varieties
with improved diseases resistance and grain quality traits that affects the final product.
Here, we present a practical validation of the use of MAS for durum wheat breeding,
producing gene-pyramided lines via assembling markers linked to interesting agronomic
traits as quality traits (lipoxygenase activity. protein content, yellow pigment content) and
main disease host and non-host resistances (leaf rust, powdery mildew and soil borne
cereal mosaic virus and systemic acquired resistance) from multiple donor lines into a
genetic background of Italian durum cultivars.

Riconoscendo il potenziale di un programma di miglioramento genetico (breeding)
basato sull’applicazione dell’analisi del DNA (marcatori molecolari), molti centri e
istituti di ricerca si sono impegnati e si impegnano nell’attività di ricerca volta
all’ottenimento di strumenti innovativi da applicare nell’attività di miglioramento
genetico. E’ iniziato così un approccio di ricerca che prevede l’applicazione dell’analisi
del DNA (marcatori molecolari) per la selezione, con lo scopo di ottenere materiali
innovativi attraverso programmi di selezione assistita da marcatori (MAS, Marker
Assisted Selection). I marcatori molecolari hanno un’enorme potenzialità nel migliorare
l'efficienza e la precisione del miglioramento genetico convenzionale attraverso la MAS.
Sono stati compiuti progressi nella mappatura e identificazione di molti geni di interesse
agronomico per i quali i marcatori molecolari identificati come associati, costituiscono il
requisito fondamentale per sviluppare un programma di breeding assistito.
I marcatori molecolari costituiscono lo strumento ideale per un’identificazione
varietale attendibile e costante nel tempo grazie ai numerosi vantaggi. L’utilità dei
marcatori molecolari nel miglioramento genetico è basata essenzialmente sulla presenza
di associazione fra marcatore e geni di interesse; tali associazioni permettono di seguire
la segregazione del gene in questione saggiando la presenza del marcatore. Inoltre, sono
indipendenti da fattori ambientali e dalle diverse fasi fenologiche della pianta.
La possibilità di applicare la MAS per migliorare caratteri bio-agronomici è una
delle sfide che devono affrontare i breeders in una specie come il frumento. Il frumento è
la coltura più estesamente coltivata nel mondo e di elevatissimo interesse alimentare.
Varietà moderne di frumento tenero (Triticum L. subsp. aestivum) e frumento duro
(Triticum turgidum L. subsp. durum (Desf) Husn.) rappresentano il risultato di una ampia
attività di breeding svolta per soddisfare le caratteristiche agronomiche e qualitative
riscontrate negli ambienti interessati dalla coltivazione e l'ampia gamma di prodotti per i
quali esse vengono utilizzate.
Il frumento duro è una specie di elevatissimo interesse per l’Italia, soprattutto
considerando i vertici mondiali per la produzione e il consumo di pasta che occupa il
nostro Paese, diventando quindi essenziale la capacità di migliorare la qualità del
prodotto finale.
Nell’intento di avviare un programma di breeding per i principali caratteri
agronomici del frumento duro, ci siamo concentrati sulla possibilità di sviluppare nuove
varietà italiane con una migliore resistenza a malattie e migliori caratteristiche qualitative
della granella che incidano sulle proprietà del prodotto finale. In questo studio
presentiamo una valida applicazione dell'uso della MAS per il miglioramento genetico
del frumento duro, attraverso la validazione e l’introgressione, partendo da linee donatrici
multiple, di marcatori associati a caratteri di interesse agronomico come la qualità
(attività lipossigenasica, contenuto proteico e accumulo di micronutrienti, contenuto di
carotenoidi) e le principali resistenze a malattie ospite e non ospite specifiche (ruggine
bruna, oidio, virus del mosaico dei cereali, resistenza sistemica acquisita), in un
background genetico di cultivar italiane di frumento duro, secondo uno schema di genepyramiding.
Description: 
Dottorato di ricerca in Biotecnologie vegetali
URI: http://hdl.handle.net/2067/2447
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