Download - Molecular Breeding_Marker in Plant Breeding DR2010rev

5/17/2018 Molecular Breeding_Marker in Plant Breeding DR2010rev - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/molecular-breedingmarker-in-plant-breeding-dr2010rev 1/38

Rekayasa Tanaman III

Pemanfaatan Marka Molekuler

dalam Pemuliaan Tanaman

Tim Rektan, Lab. Pemuliaan tanaman

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DNA_Overview.png



Kompetensi

Mahasiswa akan dapat:

Menjelaskan aplikasi marka molekuler dalam pemuliaan

tanaman

Menjelaskan karakteristik marka molekuler

Menjelaskan perkembangan & teknik marka molekuler



Apakah Marka Molekuler ?:

Aplikasi Marka Molekuler

Jenis – jenis marka/ penanda

1.Marka morfologi dan fisiologi: tinggi tanaman, warnadaun, kand. alkaloid, kand. klorofil.

2. Marka Biokimia: marka berbasis protein (isozym)

3. Marka Molekuler: berbasis molekul DNA

Molekul DNA yang digunakan untuk menandai sekuensDNA spesifik/gen/segmen genom suatu individu yang kita

inginkan.



What are molecular markers?

• Genetic information resides in the genome

• A molecular marker is based on DNA sequence

• Polymorphisms arise by mutation

ATP5L2 ATP synthase

C22orf11 chromosome 22 ORF

PANX2 pannexin 2

…gtataagtgaaccactcagggtcctggccgggcacagtggctcacgcctgt

aatcccagcctttgggaggccgaggtgggtggatcatgaggtcaggagttcaa

gaccagcctggccaaatggcgaaacattgtctctactaaaagtacaaaaattag

ccagacgtggtggtgctcactgtaatcccagctactcgggaggctgaggcagg

aaaatcacttgaacccgggaggcggaggtcacagttagccaagatcacaccac

tgtactccag …

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=gene&cmd=retrieve&dopt=default&list_uids=267020








Perfect DNA marker

(Linkage Gene)

Flanking marker



Aplikasi Marka Molekuler:

Keragaman genetik (Genetic diversity) dan fingerprinting

Hubungan kekerabatan antar plasma nutfah

Genetic distances vs. heterosis Pemurnian varietas dan identifikasi

Hubungan filogenetik (Phylogenetic relationships)

Pewarisan dan pemetaan

Pewarisan karakter yang sederhana

Karakter Quantitative (dissection into QuantitativeTraits Loci - QTL)




Aplikasi Marka Molekuler:

Sebagai alat seleksi: Marker-Assisted Selection (MAS)

Karakter sederhana: konversi galur (faster backcross)

Transfer segment multiple genomic (QTL) Pyramidisasi gen-gen: mengumpulkan gen-gen baik

dalam satu individu

Introgresi suatu karakter dari plasma nutfah liar

Seleksi dan manipulasi alil-alil resesif Seleksi awal

Identifikasi dan isolasi gen dengan bantuan marka DNA




Hal yang mendasari aplikasi Marka molekuler:

Adanya variasi dalam DNA sequence

Yang disebabkan oleh adanya:

Single base mutation

Insertion / deletion

Rearrangement (perpindahan DNA

sequence dr satu posisi ke posisi yanglain)



Tidak dipengaruhi lingkungan

Tidak dipengaruhi oleh tingkat

perkembangan tanaman (vegetatif-generatif: sama)

Tidak bersifat destruktif

Tidak ada interaksi interlocus

Kelebihan marka molekuler:

Properti Marka Molekuler



Perkembangan Marka Molekuler

C A P A

C I T Y

1985 1990 1995 2000

DNA Chips

Multi-SSRs

AFLPsSSRs

RAPDsRFLPs

SNP

???



Karakteristik marka yang baik

Sangat Polymorphic: ada perbedaan pola pitaDNA

Reproducible (dapat diulang dg hasil yg sama)

Kodominan (mampu membedakan antarahomosigot dan heterosigot)

Terdistribusi dalam genom

Murah dan akurat

Mudah dilaksanakan (dapat diotomatisasi)



Polymorphism- yang mana?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15



Teknik-teknik Marka Molekuler:

RFLP (Restriction Fragment length Polymorphism)

RAPD (Random Amplified Polymorphism DNA)

Microsatellite/SSRs (Simple Sequence Repeats) AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)

Teknik- teknik Marka Molekuler



Pertimbangan dalam memilih marka DNA:

- Tujuan: diversity, isolasi gen, gen yang terpautdengan marka, seleksi, skrining, mapping,deteksi lokus karakter kuantitatif (QTL),

- Karakter yg susah/mahal diamati,

- Tingkat polimorfisme tinggi

- Pengembangan metode sudah established

- Ketersediaan peralatan pendukung- Ketersediaan SDM dan dana



RFLP (Restriction Fragment Length

Polymorphism)Genomic DNA

Separation of fragments

Hybridisation

Autoradiography

1 2 3 4 5 6

Dipotong oleh E. restriksi

Southern Blot




RAPD’s (Random Amplified

Polymorphism DNA’s)

Genomic DNA

PCR-amplification

1 2 3 4 5 6short unspec. primer

Gel Electrophoresis




AFLP (Amplified Fragment Length

Polymorphisme)

Genomic DNA

Frequent + rare cutter digest

Adapter ligation

Amplification with

preselective primers

Amplification with

selective primers

AFLP-pattern

Gel electrophoretic analysis




SSR’s (Simple Sequence Repeats)

CGT CGT CGT CGT CGT CGT CGT

GCA GCA GCA GCA GCA GCA GCA

CGT CGT CGT CGT CGT CGT

GCA GCA GCA GCA GCA GCA

Genomic DNA

spec. primer

PCR-Amplification

Gel electrophoretic analysis




Molecular Markers - summary

• Many types of molecular markers available• Type(s) chosen for use will depend on many

factors

• Dominant or co-dominant, co-dominant

preferable in most cases

• Polymorphism is necessary for geneticmapping



PERTANYAAN

????????

Marker Assisted Selection (MAS)




Kegunaan Introgresi Alil pada QTL

Pengembangan galur tertentu yang digunakan secaraluas dalam program pemuliaan

Introgresi alil target yang terdapat pada plasma nutfahyang memiliki penampilan agronomi yang tidakdikehendaki

Tidak ada keragaman diantara plasma nutfah elit

untuk digunakan pada lingkungan yang dikehendaki

Introgresi Alil pada Gen yg sdh diidentifikasi Piramidisasi alil-alil elit dari suatu gen yang sudah

teridentifikasikan





Pemulihan secara cepat melalui BC-MAS

Donor genome

Recurrent genome

F1 Backcross 1 Backcross 2 Backcross 3 Backcross 20 Backcross 100

Traditionalbackcrossbreeding

Years 0.5 1 1.5 2 10 50

Marker-assistedbackcrossbreeding

Years 0.5 1 1.5


Marker Assisted Selection (MAS) Kelemahan



Kelemahan MAS

Keterbatasan teoritis

Kompleksitas genetik karakter yang

ingin dikembangkanAkurasi evaluasi fenotipik

Evaluasi interaksi QxE

Evaluasi interaksi epistasis

Marker Assisted Selection (MAS)-Kelemahan

Marker Assisted Selection (MAS) Kelemahan



Kelemahan MAS

Keterbatasan secara Praktikal

Jml. Sampel yang dapat dianalisis terbatas

Keyakinan bahwa identifikasi QTL dibutuhkanbilamana dilakukan penambahan plasmanutfah

Jml. Genotip yang dpt dikembangkan dalamwaktu tertentu terbatas

Marker Assisted Selection (MAS)- Kelemahan

MAS untuk QPM



MAS Untuk Quality Protein of Maize

Tier 1

Tier 2

Tier 3

Tier 4

SSR Phi 57

MAS untuk QPM