Development of sequence based markers for molecular genetic analysis in sesame (Sesamum indicum L.)

Abstract

Sesame (Sesamum indicum L.) is an orphan crop with most molecular genetic research work done in the last decade. In this study, pyrosequencing was used for the development of genomic SSR (Simple Sequence Repeat) markers in sesame. The approach proved successful in identifying 19,816 SSRs, 5727 of which were identified in a contig assembly that covers 19.29% of the sesame genome. As a result of this work, 933 experimentally validated sesame specific markers were introduced, 849 of which are applicable in Sesamum mulayanum, the wild progenitor of cultivated sesame. Using a subset of SSR markers, molecular genetic diversity and population structure of a collection of world accessions were analyzed. Results of the analyses revealed a pattern of gene flow among sesame diversity centers. Taken together with the high rate of genomic marker transferability between S. indicum and S. mulayanum, the results provide molecular genetic evidence for designating the two taxa as cultivated and wild forms of the same species.In related work, a Genotyping By Sequencing (GBS) approach was applied on recombinant inbred lines for single nucleotide polymorphism (SNP) identification and mapping in the sesame genome. As a result, 15,521 SNPs were identified and a high-resolution genetic linkage map was constructed using a core set of selected SNPs (781 SNPs) appropriate for use in linkage analysis. The 15,521 putative SNP markers represent a substantial contribution to the existing pool of sesame-specific markers. The genetic linkage map constructed in this work will enable the identification of loci involved in the genetic control of agriculturally important traits in sesame.

Susam (Sesamum indicum L.) ihmal edilmiş bir tarım ürünü olup, nispeten az sayıda moleküler genetik çalışmaya konu olmuştur. Bu çalışmada, susam genomuna özel SSR markörleri geliştirmek üzere bir yeni nesil dizileme analiz yöntemi kullanılmış, 5727 adeti montajlanmış dizilere denk düşen toplam 19,816 SSR tanımlanmıştır. Çalışma sonucunda susam genomundan SSR bandı çoğalttığı deneysel olarak gösterilmiş toplam 933 SSR markörü tanıtılmıştır. Bu markörlerin 849 adedinin, kültüre alınmış susamın atası olan Sesamum mulayanum’a uygulanabilir olduğu gösterilmiştir. Yeni geliştirilen bir kısım SSR markörü, bir susam koleksiyonunda genetik çeşitlilik ve popülasyon yapısının araştırılmasında kullanılmıştır. Çalışma sonuçları, dünya genelindeki susam çeşitlilik merkezleri arasındaki mevcut ilişkileri ortaya koymuştur. SSR markörlerinin S. indicum ve S. mulayanum arasında yüksek oranda transfer edilebilir oluşu ile birlikte, genetik çeşitlilik ve popülasyon yapısı analiz sonuçları, S. indicum ve S. mulayanum’un aynı türün kültüre alınmış ve yabani formları olduğuna delil teşkil etmektedir. Çalışma kapsamında ayrıca, susam genomuna özel SNP markörleri geliştirmek ve bir genetik bağlantı haritası oluşturmak üzere GBS analiz yöntemi bir rekombinant saf hat popülasyonuna uygulanmıştır. Bu sayede susam genomunda 15,521 adet SNP tanımlanmış ve bu SNP’lerin 781 adedi, GBS analizinin uygulandığı rekombinant saf hat popülasyonunda gerçekleştirilecek bağlantı analizlerinde kullanılmak üzere tanımlanmıştır. Çalışma kapsamında yüksek sayıda SNP ve SSR markörünün geliştirilmesi ile, susam genomuna özel kısıtlı sayıdaki mevcut markörlere hatırı sayılır bir katkı yapılmıştır. GBS analizi sonucu oluşturulan genetik bağlantı haritası, zirai öneme sahip özelliklerin genetik temellerinin rekombinant saf hat popülasyonu kullanılarak araştırılmasına olanak sağlayacaktır.