Brian Diers, Carol Fox, Troy Cary, John Meharry, Alex - - PowerPoint PPT Presentation

Brian ¡Diers, ¡Carol ¡Fox, ¡Troy ¡Cary, ¡John ¡Meharry, ¡Alex ¡Lipka ¡UIUC ¡ Bill ¡Beavis, ¡Dawn ¡Gibson, ¡Reka ¡Howard ¡Iowa ¡State ¡University ¡ Katy ¡MarEn ¡Rainy, ¡Bill ¡Muir, ¡Alencar ¡Xavier, ¡Purdue ¡University ¡ Jim ¡Specht ¡and ¡George ¡Graef, ¡University ¡of ¡Nebraska ¡ Perry ¡Cregan, ¡Qijian ¡Song, ¡USDA-­‑ARS ¡ William ¡Schapaugh, ¡Kansas ¡State ¡University ¡ Stella ¡Kantartzi, ¡Southern ¡Illinois ¡University ¡ Dechun ¡Wang, ¡Michigan ¡State ¡University ¡ Grover ¡Shannon, ¡University ¡of ¡Missouri ¡ Leah ¡McHale, ¡The ¡Ohio ¡State ¡University ¡ Randy ¡Nelson ¡and ¡Rouf ¡Mian, ¡USDA-­‑ARS ¡

Brian ¡Diers, ¡Carol ¡Fox, ¡Troy ¡Cary, ¡John ¡Meharry, ¡Alex ¡Lipka ¡UIUC ¡ Bill ¡Beavis, ¡Dawn ¡Gibson, ¡Reka ¡Howard ¡Iowa ¡State ¡University ¡ Katy ¡MarEn ¡Rainy, ¡Bill ¡Muir, ¡Alencar ¡Xavier, ¡Purdue ¡University ¡ Jim ¡Specht ¡and ¡George ¡Graef, ¡University ¡of ¡Nebraska ¡ Perry ¡Cregan, ¡Qijian ¡Song, ¡USDA-­‑ARS ¡ William ¡Schapaugh, ¡Kansas ¡State ¡University ¡ Stella ¡Kantartzi, ¡Southern ¡Illinois ¡University ¡ Dechun ¡Wang, ¡Michigan ¡State ¡University ¡ Grover ¡Shannon, ¡University ¡of ¡Missouri ¡ Leah ¡McHale, ¡The ¡Ohio ¡State ¡University ¡ Randy ¡Nelson ¡and ¡Rouf ¡Mian, ¡USDA-­‑ARS ¡

• Background ¡
• Materials ¡and ¡

methods ¡

• Preliminary ¡

results ¡

• Map ¡QTL ¡controlling ¡agronomic, ¡

composi;on, ¡physiological ¡and ¡ resistance ¡traits ¡across ¡a ¡wide ¡range ¡

• f ¡soybean ¡germplasm. ¡
• Iden;fy ¡beneficial ¡QTL ¡alleles ¡from ¡

elite ¡and ¡exo;c ¡germplasm ¡

• Use ¡informa;on ¡to ¡develop ¡selec;on ¡

models ¡for ¡forward ¡breeding. ¡

• Nested ¡associa;on ¡mapping ¡(NAM) ¡combines ¡

advantages ¡of ¡linkage ¡and ¡associa;on ¡

• mapping. ¡

– Linkage ¡mapping ¡-­‑ ¡Advantage ¡of ¡power ¡in ¡ iden;fying ¡QTL ¡but ¡disadvantage ¡of ¡poor ¡map ¡ resolu;on. ¡ ¡ – Associa;on ¡mapping ¡– ¡Advantage ¡of ¡high ¡map ¡ resolu;on ¡but ¡disadvantage ¡of ¡poor ¡power ¡in ¡ iden;fying ¡QTL. ¡

• Focus ¡on ¡MG ¡III. ¡
• Used ¡IA3023 ¡as ¡the ¡

hub ¡parent. ¡

• Poten;al ¡parents ¡

(MG ¡II-­‑IV) ¡were ¡ nominated ¡by ¡

• breeders. ¡ ¡
• Tested ¡with ¡1,536 ¡

SNP ¡markers ¡using ¡ the ¡Golden ¡Gate ¡ assays ¡to ¡iden;fy ¡a ¡ diverse ¡set ¡of ¡

• parents. ¡

Parent Origin Parent Origin 4J105-3-4 Purdue Univ. LG94-1128 USDA-ARS 5M20-2-5-2 Purdue Univ. LG94-1906 USDA-ARS CL0J095-4-6 Purdue Univ. LG97-7012 USDA-ARS CL0J173-6-8 Purdue Univ. LG98-1605 USDA-ARS HS6-3976 Ohio State Magellan

• Univ. of Missouri

LD00-3309

• Univ. of Illinois

Maverick

• Univ. of Missouri

LD01-5907

• Univ. of Illinois

NE3001

• Univ. of Nebraska

LD02-4485

• Univ. of Illinois

Prohio Ohio State Univ. LD02-9050

• Univ. of Illinois

S06-13640

• Univ. of Missouri

LG03-2979 USDA-ARS Skylla

• Mich. State Univ.

LG03-3191 USDA-ARS TN05-3027

• Univ. of Tenn.

LG00-3372 USDA-ARS U03-100612

• Univ. of Nebraska

LG04-4717 USDA-ARS PI 398.881 South Korea LG04-6000 USDA-ARS PI 427.136 South Korea LG05-4292 USDA-ARS PI 437.169B ¡ Russian Feder. LG05-4317 USDA-ARS PI 507.681B? ¡ Uzbekistan LG05-4464 USDA-ARS PI 518.751 ¡ Serbia LG05-4832 USDA-ARS PI 561.370 ¡ China ¡ LG90-2550 USDA-ARS PI 404.188A ¡ China ¡ LG92-1255 USDA-ARS PI 574.486 ¡ China

• 40 ¡Parents ¡

include: ¡

– 17 ¡high ¡yielding ¡ parents ¡from ¡8 ¡ state ¡breeders. ¡ – 15 ¡lines ¡with ¡ diverse ¡ancestry ¡ from ¡R. ¡Nelson’s ¡

• program. ¡

– 8 ¡PIs ¡iden;fied ¡by ¡

• J. ¡Specht ¡w/high ¡

yields ¡in ¡drought. ¡

Parent Origin Parent Origin 4J105-3-4 Purdue Univ. LG94-1128 USDA-ARS 5M20-2-5-2 Purdue Univ. LG94-1906 USDA-ARS CL0J095-4-6 Purdue Univ. LG97-7012 USDA-ARS CL0J173-6-8 Purdue Univ. LG98-1605 USDA-ARS HS6-3976 Ohio State Magellan

• Univ. of Missouri

LD00-3309

• Univ. of Illinois

Maverick

• Univ. of Missouri

LD01-5907

• Univ. of Illinois

NE3001

• Univ. of Nebraska

LD02-4485

• Univ. of Illinois

Prohio Ohio State Univ. LD02-9050

• Univ. of Illinois

S06-13640

• Univ. of Missouri

LG03-2979 USDA-ARS Skylla

• Mich. State Univ.

LG03-3191 USDA-ARS TN05-3027

• Univ. of Tenn.

LG00-3372 USDA-ARS U03-100612

• Univ. of Nebraska

LG04-4717 USDA-ARS PI 398.881 South Korea LG04-6000 USDA-ARS PI 427.136 South Korea LG05-4292 USDA-ARS PI 437.169B ¡ Russian Feder. LG05-4317 USDA-ARS PI 507.681B? ¡ Uzbekistan LG05-4464 USDA-ARS PI 518.751 ¡ Serbia LG05-4832 USDA-ARS PI 561.370 ¡ China ¡ LG90-2550 USDA-ARS PI 404.188A ¡ China ¡ LG92-1255 USDA-ARS PI 574.486 ¡ China

• 40 ¡Parents ¡

include: ¡

– 17 ¡high ¡yielding ¡ parents ¡from ¡8 ¡ state ¡breeders. ¡ – 15 ¡lines ¡with ¡ diverse ¡ancestry ¡ from ¡R. ¡Nelson’s ¡

• program. ¡

– 8 ¡PIs ¡iden;fied ¡by ¡

• J. ¡Specht ¡w/high ¡

yields ¡in ¡drought. ¡

Parent Origin Parent Origin 4J105-3-4 Purdue Univ. LG94-1128 USDA-ARS 5M20-2-5-2 Purdue Univ. LG94-1906 USDA-ARS CL0J095-4-6 Purdue Univ. LG97-7012 USDA-ARS CL0J173-6-8 Purdue Univ. LG98-1605 USDA-ARS HS6-3976 Ohio State Magellan

• Univ. of Missouri

LD00-3309

• Univ. of Illinois

Maverick

• Univ. of Missouri

LD01-5907

• Univ. of Illinois

NE3001

• Univ. of Nebraska

LD02-4485

• Univ. of Illinois

Prohio Ohio State Univ. LD02-9050

• Univ. of Illinois

S06-13640

• Univ. of Missouri

LG03-2979 USDA-ARS Skylla

• Mich. State Univ.

LG03-3191 USDA-ARS TN05-3027

• Univ. of Tenn.

LG00-3372 USDA-ARS U03-100612

• Univ. of Nebraska

LG04-4717 USDA-ARS PI 398.881 South Korea LG04-6000 USDA-ARS PI 427.136 South Korea LG05-4292 USDA-ARS PI 437.169B ¡ Russian Feder. LG05-4317 USDA-ARS PI 507.681B? ¡ Uzbekistan LG05-4464 USDA-ARS PI 518.751 ¡ Serbia LG05-4832 USDA-ARS PI 561.370 ¡ China ¡ LG90-2550 USDA-ARS PI 404.188A ¡ China ¡ LG92-1255 USDA-ARS PI 574.486 ¡ China

• 40 ¡Parents ¡

include: ¡

– 17 ¡high ¡yielding ¡ parents ¡from ¡8 ¡ state ¡breeders. ¡ – 15 ¡lines ¡with ¡ diverse ¡ancestry ¡ from ¡R. ¡Nelson’s ¡

• program. ¡

– 8 ¡PIs ¡iden;fied ¡by ¡

• J. ¡Specht ¡w/high ¡

yields ¡in ¡drought. ¡

• 40 ¡popula;ons ¡with ¡140 ¡F5-­‑derived ¡RILs ¡in ¡each ¡

popula;on ¡developed ¡in ¡Illinois ¡and ¡Nebraska ¡ (5,600 ¡RILs). ¡

• Gene;c ¡marker ¡work ¡done ¡in ¡Beltsville ¡by ¡Cregan ¡

and ¡Song. ¡

– IA3023 ¡& ¡40 ¡parents ¡of ¡the ¡40 ¡RIL ¡popula;ons ¡were ¡ genotyped ¡with ¡50,000 ¡SNP ¡markers. ¡ – Parents ¡re-­‑sequenced ¡to ¡iden;fy ¡SNPs ¡with ¡rare ¡ alleles ¡origina;ng ¡from ¡IA3023. ¡ – Parents ¡& ¡RILs ¡were ¡then ¡genotyped ¡with ¡a ¡ specifically ¡designed ¡set ¡of ¡5,300 ¡SNP ¡markers. ¡ – NE ¡genotyped ¡the ¡Parents ¡& ¡RILs ¡for ¡their ¡descriptor ¡ trait ¡phenotypes/genotypes ¡(W1, ¡T, ¡Td, ¡L2, ¡D, ¡I, ¡R ¡loci) ¡

40 ¡Parents ¡ See ¡List ¡ 140 ¡

4312 ¡SNPs ¡

IA3023 ¡

IA3023 ¡

5600 ¡ 20 ¡Soybean ¡Chromosomes ¡ ¡

• vs. ¡10 ¡Maize ¡Chromosomes ¡

This ¡Figure, ¡from ¡McMullen ¡et ¡al. ¡2009. ¡Science ¡325:737-­‑740, ¡illustrates ¡the ¡Maize ¡NAM ¡development. ¡ ¡ The ¡Soybean ¡NAM ¡Project ¡is ¡the ¡same ¡but ¡has ¡different ¡numbers ¡(shown ¡below ¡in ¡red ¡font). ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Soybean ¡too ¡! ¡

Chromosome ¡ Markers ¡ Map ¡Units ¡ 1 ¡ 189 ¡ 67 ¡ 2 ¡ 235 ¡ 105 ¡ 3 ¡ 203 ¡ 93 ¡ 4 ¡ 164 ¡ 93 ¡ 5 ¡ 207 ¡ 92 ¡ 6 ¡ 236 ¡ 87 ¡ 7 ¡ 239 ¡ 116 ¡ 8 ¡ 274 ¡ 154 ¡ 9 ¡ 162 ¡ 83 ¡ 10 ¡ 251 ¡ 109 ¡ 11 ¡ 225 ¡ 107 ¡ 12 ¡ 171 ¡ 58 ¡ 13 ¡ 249 ¡ 121 ¡ 14 ¡ 205 ¡ 71 ¡ 15 ¡ 205 ¡ 90 ¡ 16 ¡ 179 ¡ 86 ¡ 17 ¡ 194 ¡ 152 ¡ 18 ¡ 314 ¡ 87 ¡ 19 ¡ 249 ¡ 74 ¡ 20 ¡ 162 ¡ 85 ¡ Total ¡ 4313 ¡ 1930 ¡

Chromosome ¡1 ¡ Chromosome ¡2 ¡ Chromosome ¡3 ¡ Chromosome ¡4 ¡ Chromosome ¡5 ¡ Chromosome ¡6 ¡

cM ¡ Physical ¡Distance ¡

0 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 30 ¡ 40 ¡ 50 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 10000000 ¡ 20000000 ¡ 30000000 ¡ 40000000 ¡ 50000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡

Chromosome ¡7 ¡ Chromosome ¡8 ¡ Chromosome ¡9 ¡ Chromosome ¡10 ¡ Chromosome ¡11 ¡ Chromosome ¡12 ¡

Physical ¡Distance ¡

0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 140 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 140 ¡ 160 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡

cM ¡

Chromosome ¡13 ¡ Chromosome ¡14 ¡ Chromosome ¡15 ¡ Chromosome ¡16 ¡ Chromosome ¡17 ¡ Chromosome ¡18 ¡

Physical ¡Distance ¡

0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 140 ¡ 160 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 120 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 0 ¡ 20 ¡ 40 ¡ 60 ¡ 80 ¡ 100 ¡ 0 ¡ 20000000 ¡ 40000000 ¡ 60000000 ¡

cM ¡

• B. ¡Diers ¡IL ¡

*39 ¡maEngs ¡

• f ¡70 ¡RILs. ¡
• J. ¡Specht ¡& ¡
• G. ¡Graef ¡NE ¡

*39 ¡maEngs ¡

• f ¡70 ¡RILs. ¡

• W. ¡Beavis ¡IA ¡

40 ¡maEngs ¡

• f ¡140 ¡RILs. ¡
• B. ¡Diers ¡IL ¡

40 ¡maEngs ¡

• f ¡140 ¡RILs. ¡
• K. ¡Rainey ¡IN ¡

40 ¡maEngs ¡

• f ¡140 ¡RILs ¡
• J. ¡Specht ¡& ¡
• G. ¡Graef ¡NE ¡

40 ¡maEngs ¡

• f ¡140 ¡RILs. ¡

Dechun ¡Wang ¡ 2,000 ¡ Rouf ¡Mian ¡ 4,000 ¡ Leah ¡ McHale ¡ 4,000 ¡ Stella ¡ Kantartzi ¡ 4,000 ¡ Grover ¡ Shannon ¡ 2,000 ¡ Bill ¡Schapaugh ¡ 8,000 ¡

• Challenging ¡environments ¡

for ¡agronomic ¡phenotyping. ¡

• 2012 ¡SIU ¡trial ¡lost ¡from ¡

poor ¡emergence. ¡

• 2013 ¡Nebraska ¡trial ¡lost ¡

from ¡severe ¡hail ¡storm. ¡

• Seven ¡loca;on/ ¡

environments ¡suffered ¡ from ¡significant ¡lack ¡of ¡ growing ¡season ¡rainfall. ¡ ¡

• Agronomic ¡traits ¡-­‑ ¡All ¡Environments: ¡
• Lodging, ¡Height, ¡Maturity, ¡Seed ¡Yield. ¡
• 100-­‑Seed ¡Weight ¡(in ¡Four ¡Complete ¡Rep ¡Environments) ¡
• ComposiEon ¡traits ¡– ¡Four ¡Complete ¡Rep ¡Environments ¡
• Protein, ¡Oil, ¡Elemental ¡Content ¡(ionomics ¡method) ¡
• Classical ¡& ¡Physiological ¡traits ¡(Some ¡Environments): ¡
• Seven ¡GRIN-­‑Descriptor ¡Trait ¡Genotypes ¡(W1, ¡T, ¡Td, ¡L2, ¡D, ¡I, ¡R). ¡
• Photosynthe;c ¡traits ¡derived ¡from ¡leaf ¡reflectance, ¡canopy ¡

closure ¡during ¡flowering ¡(light ¡harves;ng ¡ability), ¡canopy ¡

• structure. ¡
• Serendipitously ¡Collected ¡Traits ¡(Some ¡Environments): ¡
• Leaf ¡wil;ng, ¡SDS, ¡vein ¡streak ¡necrosis ¡virus. ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Low ¡Yield ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡High ¡Yield ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Average ¡Yield ¡

17 ¡Elite ¡Parents ¡ 15 ¡Diverse ¡Ancestry ¡Parents ¡ 8 ¡PI ¡Parents ¡

17 ¡Elite ¡Parents ¡ 15 ¡Diverse ¡Ancestry ¡Parents ¡ 8 ¡PI ¡Parents ¡

• NAM ¡parent ¡seed ¡(from ¡a ¡2014 ¡NE ¡seed ¡increase ¡

harvest ¡-­‑ ¡see ¡next ¡slide) ¡has ¡been ¡available ¡since ¡15 ¡ May ¡2015. ¡E-­‑mail ¡your ¡NAM ¡Parent ¡seed ¡request ¡to ¡ jspecht1@unl.edu ¡(note: ¡an ¡MTA ¡is ¡required). ¡ ¡

• NAM ¡agronomic ¡and ¡seed ¡composiEon ¡phenotype ¡

data ¡plus ¡SNP ¡genotype ¡data ¡will ¡be ¡made ¡ available ¡on ¡SoyBase ¡aker ¡21 ¡July ¡2015. ¡

• NAM ¡parent ¡DNA ¡sequence ¡will ¡be ¡available ¡on ¡21 ¡

July ¡2015 ¡on ¡SoyBase ¡(Qijian.Song@ars.usda.gov ¡ Perry.Cregan@ars.usda.govprovided ¡this ¡data). ¡A ¡ website ¡for ¡viewing ¡sequence ¡will ¡be ¡available ¡aker ¡ 15 ¡August ¡2015 ¡(Michelle.Graham@ars.usda.gov) ¡

• Seed ¡of ¡the ¡F5-­‑derived ¡140 ¡RILs ¡of ¡each ¡of ¡the ¡40 ¡

NAM ¡ma;ngs ¡will ¡soon ¡be ¡available. ¡The ¡NAM ¡ project ¡team ¡is ¡currently ¡working ¡on ¡the ¡details. ¡ ¡

• By ¡obtaining ¡seed ¡of ¡the ¡41 ¡NAM ¡parents ¡NOW, ¡

YOU ¡can ¡begin ¡NAM ¡parent ¡screening ¡for ¡YOUR ¡ par;cular ¡trait ¡of ¡interest, ¡which ¡will ¡enable ¡YOU ¡to ¡ iden;fy ¡parental ¡trait ¡contrasts. ¡As ¡a ¡result, ¡YOU ¡ will ¡then ¡know ¡which ¡140-­‑RIL ¡set ¡(descending ¡from ¡ the ¡given ¡parental ¡trait ¡contrast) ¡to ¡also ¡screen, ¡for ¡ determining ¡if ¡QTLs ¡exist ¡for ¡YOUR ¡trait, ¡by ¡using ¡ the ¡SNP ¡genotypes ¡for ¡those ¡RILs! ¡ ¡

NAM ¡Parents ¡(40 ¡listed ¡below ¡plus ¡IA3023) ¡* ¡E-­‑mail ¡your ¡seed ¡requests ¡to ¡jspecht1@unl.edu ¡ USA-­‑located ¡seed ¡requestors ¡only ¡– ¡an ¡MTA ¡must ¡be ¡completed ¡before ¡seed ¡can ¡be ¡shipped. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡