Published May 14, 2018 | Version v1
Publication Open

Speed breeding for multiple quantitative traits in durum wheat

Creators

  • 1. University of Queensland
  • 2. Agriculture and Food
  • 3. University of Guelma
  • 4. University of Adelaide

Description

Plant breeding requires numerous generations to be cycled and evaluated before an improved cultivar is released. This lengthy process is required to introduce and test multiple traits of interest. However, a technology for rapid generation advance named 'speed breeding' was successfully deployed in bread wheat (Triticum aestivum L.) to achieve six generations per year while imposing phenotypic selection for foliar disease resistance and grain dormancy. Here, for the first time the deployment of this methodology is presented in durum wheat (Triticum durum Desf.) by integrating selection for key traits, including above and below ground traits on the same set of plants. This involved phenotyping for seminal root angle (RA), seminal root number (RN), tolerance to crown rot (CR), resistance to leaf rust (LR) and plant height (PH). In durum wheat, these traits are desirable in environments where yield is limited by in-season rainfall with the occurrence of CR and epidemics of LR. To evaluate this multi-trait screening approach, we applied selection to a large segregating F2 population (n = 1000) derived from a bi-parental cross (Outrob4/Caparoi). A weighted selection index (SI) was developed and applied. The gain for each trait was determined by evaluating F3 progeny derived from 100 'selected' and 100 'unselected' F2 individuals.Transgressive segregation was observed for all assayed traits in the Outrob4/Caparoi F2 population. Application of the SI successfully shifted the population mean for four traits, as determined by a significant mean difference between 'selected' and 'unselected' F3 families for CR tolerance, LR resistance, RA and RN. No significant shift for PH was observed.The novel multi-trait phenotyping method presents a useful tool for rapid selection of early filial generations or for the characterization of fixed lines out-of-season. Further, it offers efficient use of resources by assaying multiple traits on the same set of plants. Results suggest that when performed in parallel with speed breeding in early generations, selection will enrich recombinant inbred lines with desirable alleles and will reduce the length and number of years required to combine these traits in elite breeding populations and therefore cultivars.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تتطلب تربية النباتات العديد من الأجيال ليتم تدويرها وتقييمها قبل إطلاق صنف محسن. هذه العملية المطولة مطلوبة لتقديم واختبار سمات متعددة مثيرة للاهتمام. ومع ذلك، تم نشر تقنية لتقدم الجيل السريع تسمى "التكاثر السريع" بنجاح في قمح الخبز (Triticum aestivum L.) لتحقيق ستة أجيال في السنة مع فرض اختيار النمط الظاهري لمقاومة الأمراض الورقية وسكون الحبوب. هنا، لأول مرة يتم تقديم نشر هذه المنهجية في القمح القاسي (Triticum durum Desf.) من خلال دمج الاختيار للسمات الرئيسية، بما في ذلك السمات فوق وتحت الأرض على نفس مجموعة النباتات. وشمل ذلك التنميط الظاهري لزاوية الجذر المنوي (RA)، ورقم الجذر المنوي (RN)، وتحمل تعفن التاج (CR)، ومقاومة صدأ الأوراق (LR) وارتفاع النبات (PH). في القمح القاسي، تكون هذه السمات مرغوبة في البيئات التي يكون فيها الغلة محدودة بسبب هطول الأمطار في الموسم مع حدوث CR وأوبئة LR. لتقييم نهج الفحص متعدد السمات هذا، طبقنا الاختيار على مجموعة F2 منفصلة كبيرة (العدد = 1000) مشتقة من صليب ثنائي الوالدين (Outrob4/Caparoi). تم تطوير وتطبيق مؤشر اختيار مرجح (SI). تم تحديد ربح كل سمة من خلال تقييم ذرية F3 المستمدة من 100 فرد "مختار" و 100 فرد "غير مختار" من الفئة F2. ولوحظ الفصل التجاوزي لجميع السمات التي تم فحصها في مجموعة Outrob4/Caparoi F2. أدى تطبيق SI بنجاح إلى تحويل متوسط عدد السكان لأربع سمات، على النحو الذي يحدده فرق متوسط كبير بين عائلات F3 "المختارة" و "غير المختارة" لتحمل CR ومقاومة LR و RA و RN. لم يلاحظ أي تحول كبير في درجة الحموضة. تقدم طريقة التنميط الظاهري الجديدة متعددة السمات أداة مفيدة للاختيار السريع للأجيال البنوية المبكرة أو لتوصيف الخطوط الثابتة خارج الموسم. علاوة على ذلك، فإنه يوفر الاستخدام الفعال للموارد من خلال فحص سمات متعددة على نفس مجموعة النباتات. تشير النتائج إلى أنه عندما يتم إجراؤه بالتوازي مع التكاثر السريع في الأجيال المبكرة، فإن الانتقاء سيثري الخطوط الفطرية المؤتلفة بالأليلات المرغوبة وسيقلل من طول وعدد السنوات المطلوبة للجمع بين هذه الصفات في مجموعات تكاثر النخبة وبالتالي الأصناف.

Translated Description (French)

La sélection végétale nécessite de nombreuses générations pour être cyclées et évaluées avant qu'un cultivar amélioré ne soit libéré. Ce long processus est nécessaire pour introduire et tester de multiples traits d'intérêt. Cependant, une technologie de génération rapide appelée « élevage rapide » a été déployée avec succès dans le blé panifiable (Triticum aestivum L.) pour atteindre six générations par an tout en imposant une sélection phénotypique pour la résistance aux maladies foliaires et la dormance des céréales. Ici, pour la première fois, le déploiement de cette méthodologie est présenté dans le blé dur (Triticum durum Desf.) en intégrant la sélection des traits clés, y compris les traits hors sol et souterrains sur le même ensemble de plantes. Cela impliquait le phénotypage de l'angle racinaire séminal (RA), du nombre racinaire séminal (RN), de la tolérance à la pourriture de la couronne (CR), de la résistance à la rouille foliaire (LR) et de la hauteur de la plante (PH). Dans le blé dur, ces caractéristiques sont souhaitables dans des environnements où le rendement est limité par les précipitations de saison avec l'apparition de CR et d'épidémies de LR. Pour évaluer cette approche de dépistage multi-trait, nous avons appliqué la sélection à une grande population de F2 en ségrégation (n = 1000) dérivée d'un croisement bi-parental (Outrob4/Caparoi). Un indice de sélection pondéré (IS) a été développé et appliqué. Le gain pour chaque trait a été déterminé en évaluant la descendance F3 dérivée de 100 individus F2 « sélectionnés » et 100 « non sélectionnés ». Une ségrégation transgressive a été observée pour tous les traits testés dans la population Outrob4/Caparoi F2. L'application du SI a réussi à déplacer la moyenne de la population pour quatre traits, comme déterminé par une différence moyenne significative entre les familles F3 « sélectionnées » et « non sélectionnées » pour la tolérance CR, la résistance LR, la PR et la RN. Aucun changement significatif n'a été observé pour l'HTP. La nouvelle méthode de phénotypage multi-trait présente un outil utile pour la sélection rapide des premières générations filiales ou pour la caractérisation des lignées fixes hors saison. En outre, il offre une utilisation efficace des ressources en testant plusieurs traits sur le même ensemble de plantes. Les résultats suggèrent que lorsqu'elle est effectuée en parallèle avec l'élevage rapide chez les premières générations, la sélection enrichira les lignées recombinantes consanguines avec des allèles souhaitables et réduira la durée et le nombre d'années nécessaires pour combiner ces traits dans les populations d'élevage d'élite et donc les cultivars.

Translated Description (Spanish)

El fitomejoramiento requiere que se ciclen y evalúen numerosas generaciones antes de que se libere un cultivar mejorado. Este largo proceso es necesario para introducir y probar múltiples rasgos de interés. Sin embargo, una tecnología para el avance de generación rápida llamada "mejoramiento rápido" se implementó con éxito en el trigo para pan (Triticum aestivum L.) para lograr seis generaciones por año al tiempo que imponía una selección fenotípica para la resistencia a las enfermedades foliares y la latencia del grano. Aquí, por primera vez, se presenta el despliegue de esta metodología en trigo duro (Triticum durum Desf.) mediante la integración de la selección de rasgos clave, incluidos los rasgos por encima y por debajo del suelo en el mismo conjunto de plantas. Esto implicó la fenotipificación del ángulo de la raíz seminal (AR), el número de raíces seminales (RN), la tolerancia a la podredumbre de la corona (CR), la resistencia a la roya foliar (LR) y la altura de la planta (PH). En el trigo duro, estos rasgos son deseables en entornos donde el rendimiento está limitado por las precipitaciones en temporada con la aparición de CR y epidemias de LR. Para evaluar este enfoque de cribado de múltiples rasgos, aplicamos la selección a una gran población F2 segregante (n = 1000) derivada de un cruce biparental (Outrob4/Caparoi). Se desarrolló y aplicó un índice de selección ponderado (SI). La ganancia para cada rasgo se determinó evaluando la progenie F3 derivada de 100 individuos F2 'seleccionados' y 100 'no seleccionados'. Se observó segregación progresiva para todos los rasgos analizados en la población Outrob4/Caparoi F2. La aplicación del SI cambió con éxito la media de la población para cuatro rasgos, según lo determinado por una diferencia de medias significativa entre las familias F3 "seleccionadas" y "no seleccionadas" para la tolerancia a CR, la resistencia a LR, RA y RN. No se observó un cambio significativo para el PH. El novedoso método de fenotipado de múltiples rasgos presenta una herramienta útil para la selección rápida de generaciones filiales tempranas o para la caracterización de líneas fijas fuera de temporada. Además, ofrece un uso eficiente de los recursos mediante el ensayo de múltiples rasgos en el mismo conjunto de plantas. Los resultados sugieren que cuando se realiza en paralelo con la reproducción rápida en las primeras generaciones, la selección enriquecerá las líneas endogámicas recombinantes con alelos deseables y reducirá la duración y el número de años necesarios para combinar estos rasgos en poblaciones de reproducción de élite y, por lo tanto, cultivares.

Files

s13007-018-0302-y.pdf

Files (2.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c43c17cc8d937b0b1e3ad083037164b1
2.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
سرعة التكاثر لسمات كمية متعددة في القمح القاسي
Translated title (French)
Génération rapide pour plusieurs caractères quantitatifs dans le blé dur
Translated title (Spanish)
Mejoramiento rápido para múltiples rasgos cuantitativos en trigo duro

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2800918265
DOI
10.1186/s13007-018-0302-y

Is supplement to
https://openalex.org/W31376874 (Other)
https://openalex.org/W3091455821 (Other)
https://openalex.org/W2885599953 (Other)
https://openalex.org/W2395906770 (Other)
https://openalex.org/W2357057534 (Other)
https://openalex.org/W2286534450 (Other)
https://openalex.org/W2275772620 (Other)
https://openalex.org/W1979660225 (Other)
https://openalex.org/W1979260416 (Other)
https://openalex.org/W1964295295 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Morocco

References

  • https://openalex.org/W1219574734
  • https://openalex.org/W1569192400
  • https://openalex.org/W1582354943
  • https://openalex.org/W1583952587
  • https://openalex.org/W1608712792
  • https://openalex.org/W1797936541
  • https://openalex.org/W1968521768
  • https://openalex.org/W1969667954
  • https://openalex.org/W1974942302
  • https://openalex.org/W1976901402
  • https://openalex.org/W1977585849
  • https://openalex.org/W1980158981
  • https://openalex.org/W1983712865
  • https://openalex.org/W1984293349
  • https://openalex.org/W1995888996
  • https://openalex.org/W2005586298
  • https://openalex.org/W2015363917
  • https://openalex.org/W2017252150
  • https://openalex.org/W2026284619
  • https://openalex.org/W2031616317
  • https://openalex.org/W2036206486
  • https://openalex.org/W2043695363
  • https://openalex.org/W2046348173
  • https://openalex.org/W2047871451
  • https://openalex.org/W2050278548
  • https://openalex.org/W2051015367
  • https://openalex.org/W2053797226
  • https://openalex.org/W2054528289
  • https://openalex.org/W2057444396
  • https://openalex.org/W2063496293
  • https://openalex.org/W2082741149
  • https://openalex.org/W2083941636
  • https://openalex.org/W2084068373
  • https://openalex.org/W2088100288
  • https://openalex.org/W2089972167
  • https://openalex.org/W2091144825
  • https://openalex.org/W2102492567
  • https://openalex.org/W2109693363
  • https://openalex.org/W2112484080
  • https://openalex.org/W2114343254
  • https://openalex.org/W2115442818
  • https://openalex.org/W2130060388
  • https://openalex.org/W2130337491
  • https://openalex.org/W2153464644
  • https://openalex.org/W2162324010
  • https://openalex.org/W2171075930
  • https://openalex.org/W2171386408
  • https://openalex.org/W2279476443
  • https://openalex.org/W2290691615
  • https://openalex.org/W2329687574
  • https://openalex.org/W2332639995
  • https://openalex.org/W2460793240
  • https://openalex.org/W2503777960
  • https://openalex.org/W2522480849
  • https://openalex.org/W25556350
  • https://openalex.org/W2587448759
  • https://openalex.org/W2588287126
  • https://openalex.org/W2727409292
  • https://openalex.org/W2765413322
  • https://openalex.org/W2790413548
  • https://openalex.org/W2803895092