MAGIC BGRI Technical Workshop March 2014 #bgri2014 An - - PowerPoint PPT Presentation

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MAGIC BGRI Technical Workshop March 2014 #bgri2014 An - - PowerPoint PPT Presentation

Aug 21, 2023 123 likes •373 views

@NIABTAG MAGIC BGRI Technical Workshop March 2014 #bgri2014 An innova(ve approach to dissec(ng the gene(c control of complex traits in wheat

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SLIDE 1

MAGIC ¡

¡

An ¡innova(ve ¡approach ¡to ¡ dissec(ng ¡the ¡gene(c ¡control ¡

  • f ¡complex ¡traits ¡in ¡wheat ¡

¡ ¡

¡ Alison ¡Bentley, ¡P ¡Howell, ¡J ¡Cockram, ¡G ¡Rose, ¡T ¡ Barber, ¡R ¡Horsnell, ¡N ¡Gosman, ¡P ¡Bansept, ¡M ¡ Scutari, ¡A ¡Greenland ¡and ¡I ¡Mackay ¡ ¡

@NIABTAG ¡

BGRI ¡Technical ¡Workshop ¡March ¡2014 ¡#bgri2014 ¡

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SLIDE 2

Mapping ¡in ¡mul(-­‑founder ¡experimental ¡popula(ons ¡

MAGIC ¡ Mul(-­‑parent ¡Advanced ¡Gene(c ¡InterCross ¡

¡

  • An ¡extension ¡of ¡the ¡Advanced ¡Intercross ¡(Darvasi ¡& ¡

Soller, ¡1995) ¡

  • Diverse ¡popula(on: ¡good ¡for ¡mul(ple ¡interac(ng ¡

traits ¡and ¡loci ¡

  • QTL ¡detec(on ¡in ¡early ¡genera(ons ¡
  • Fine ¡mapping ¡in ¡later ¡genera(ons ¡
  • Increased ¡diversity ¡means ¡more ¡QTL ¡can ¡be ¡mapped ¡
  • Increased ¡mapping ¡precision ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 3

Variety ¡ Reason ¡for ¡inclusion ¡ Alchemy ¡ Yield, ¡disease ¡resistance, ¡so[ ¡feed ¡type, ¡breeding ¡ parent ¡ Brompton ¡ 1BL/1RS, ¡hard ¡feed ¡type, ¡OWBM ¡resistance ¡ Claire ¡ Slow ¡apical ¡development, ¡so[ ¡biscuit/dis(lling ¡ type ¡ Hereward ¡ High ¡quality ¡benchmark ¡Gp1 ¡bread ¡making ¡type ¡ Rialto ¡ 1BL/1RS, ¡Gp2 ¡moderate ¡bread ¡making ¡type ¡ Robigus ¡ High ¡yielding, ¡so[ ¡biscuit/dis(lling ¡type, ¡OWBM ¡ resistance ¡ Soissons ¡ Early ¡flowering ¡French ¡Gp2 ¡bread ¡making ¡type ¡ Xi19 ¡ Faculta(ve, ¡high ¡quality ¡Gp1 ¡bread ¡making ¡type ¡

The ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

Designed ¡with ¡a ¡focus ¡on ¡mapping ¡QTL ¡segrega(ng ¡in ¡ current ¡elite ¡UK ¡germplasm ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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The ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

28à210à315 ¡complete ¡pedigree ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 5

The ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

28à210à315 ¡ descendants ¡of ¡Founder ¡1 ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 6

MAGIC ¡ F2 ¡derived ¡ ¡

F2 ¡& ¡self ¡ Elite ¡MAGIC ¡& ¡self ¡ P ¡(no ¡recomb) ¡ 0.241 ¡ 0.036 ¡ # ¡tracts ¡ ¡ 2.6 ¡ 4.7 ¡ # ¡founders ¡ 2 ¡ 3.5 ¡

The ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 7

26512 ¡SNPs ¡ AM ¡panel ¡

(AAm * 2 + ABm)/((AAm + ABm + BBm) * 2) Frequency 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 20 40 60 80 100

15968 ¡SNPs ¡ MAGIC ¡

90K ¡genotypes ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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90K ¡genotypes ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

AM ¡panel ¡ MAGIC ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 9

YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

22nd ¡August ¡2011 ¡‘Warrior’ ¡Pst ¡race ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 10

YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

0 ¡ 1 ¡ 2 ¡ 3-­‑4 ¡ 9 ¡ 5-­‑6 ¡ 7-­‑8 ¡

YR ¡glasshouse ¡seedling ¡test ¡– ¡‘Warrior’ ¡inocula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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MAGIC line means

BLUP (log2) Frequency 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 50 100 150 200 250 300

Parent ¡1 ¡ Hereward ¡ Parent ¡2 ¡ Robigus ¡ Resistant ¡ progeny ¡

YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

YR ¡glasshouse ¡– ¡distribu(on ¡of ¡disease ¡scores ¡

BLUP ¡(log2 ¡adjusted ¡scores) ¡ Frequency ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 12

YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

YR ¡field ¡assessment ¡– ¡natural ¡infec(on ¡ ¡

1 2 3 4 5 6 7 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 field yellow rust yellow rust seedling test

Field ¡YR ¡scores ¡ Seedling ¡YR ¡scores ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

Mapping ¡hits ¡-­‑ ¡YR ¡glasshouse ¡seedling ¡test ¡ ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

χ2 ¡ ¡adjusted ¡ χ2 ¡ ¡not ¡adjusted ¡

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YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

Mapping ¡hits ¡-­‑ ¡YR ¡seedling ¡and ¡field ¡tests ¡ ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

¡Gp ¡1 ¡ ¡ ¡Gp ¡2 ¡ ¡ ¡ ¡Gp ¡3 ¡ ¡Gp ¡4 ¡ ¡ ¡Gp ¡5 ¡ ¡Gp ¡6 ¡ ¡ ¡Gp ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡unlinked ¡

  • ­‑log10(P) ¡

Gp ¡1 ¡ ¡ ¡Gp ¡2 ¡ ¡Gp ¡3 ¡ ¡Gp ¡4 ¡ ¡Gp ¡5 ¡ ¡ ¡Gp ¡6 ¡ ¡ ¡Gp ¡7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡unlinked ¡ ¡

  • ­‑log10(P) ¡

Seedling ¡resistance ¡ Field ¡resistance ¡

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YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

3 ¡large ¡effects ¡observed ¡ ¡

2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

RAC875_c50347_258

genotype class log2 yellow rust 1 2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

BobWhite_c5756_516

genotype class log2 yellow rust

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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Favourable ¡alleles ¡are ¡dispersed ¡

YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

Marco ¡Scutari, ¡UCL ¡ @NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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YR ¡resistance ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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TGW ¡QTL ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

Kukri_c22361_2477 Kukri_c3075_391 Kukri_c7794_1247 Kukri_c9595_242 RAC875_c767_4007 RFL_Contig2605_672 RFL_Contig2605_693 RFL_Contig4441_505 RFL_Contig4441_627 wsnp_Ex_rep_c67878_66584488 Excalibur_c37240_609 70.9 BS00003881_51 BS00004377_51 Kukri_c50910_866 71.5 BS00065309_51 BS00072945_51 Excalibur_c47557_418 wsnp_Ex_c19454_28409258 IACX8469 BS00011122_51 BS00023089_51 BS00041481_51 BS00064632_51 BS00078715_51 BS00086046_51 BS00087178_51 BS00089169_51 Ex_c50864_326 Excalibur_c1492_1282 Excalibur_c61509_69 Excalibur_rep_c66355_301 Excalibur_s105534_234 IAAV1263 IAAV1346 IAAV1385 IAAV5967 IAAV6535 IAAV894 JD_c6195_347 Ku_c13637_545 Ku_c71238_1537 Kukri_c1281_515 Kukri_c16868_1062 Kukri_c25562_1826 Kukri_c30819_246 RAC875_c49166_240 RAC875_c5819_1450 RAC875_c58848_60 TA003858-0637 TA004097-0977 tplb0047k12_1370 wsnp_Ex_c12288_19625413 wsnp_Ex_c35545_43677576 wsnp_Ex_c43887_50077773 wsnp_Ex_c590_1176609 wsnp_Ex_rep_c102173_87395725 wsnp_Ex_rep_c105612_89983181 wsnp_Ex_rep_c67218_65729639 wsnp_Ex_rep_c67692_66357763 wsnp_Ku_rep_c68351_67302372 IAAV6992 IACX422 BS00013851_51 BS00099290_51 Excalibur_c49239_97 TA004032-0298 BS00022412_51 BS00024191_51 BS00033795_51 BS00036211_51 BS00065079_51 BS00072146_51 BS00088375_51 Ex_c8482_488 Excalibur_c16840_3454 Excalibur_c37358_676 Excalibur_c60816_99 IAAV2245 IAAV3994 IACX8190 Ku_c104762_377 Kukri_c33967_97 Kukri_c38882_391 Kukri_rep_c70185_854 Ra_c4452_3073 RAC875_c13778_650 RAC875_c29487_369 RAC875_rep_c76107_118 TA001414-0867 TA002574-0890 Tdurum_contig78006_158 wsnp_BE403421A_Ta_2_1 wsnp_Ex_c1104_2118684 wsnp_Ex_c11446_18468102 wsnp_Ex_c18965_27868480 wsnp_Ex_c19476_28434084 wsnp_Ex_c29350_38393488 wsnp_Ex_c31711_40468407 wsnp_Ex_c41551_48349585 wsnp_Ex_c590_1176006 wsnp_Ex_rep_c67605_66248628 wsnp_Ex_rep_c69901_68864080 wsnp_JD_c5028_6151168 wsnp_Ku_rep_c71238_70957970 wsnp_Ra_rep_c100410_86374467 BobWhite_c20706_135 BobWhite_c7156_643 BS00064203_51 BS00068469_51 Ex_c66635_550 wsnp_Ku_c27273_37219950 BS00064873_51 72.6 BS00009985_51 BS00043716_51 Kukri_c14901_114 BS00011034_51 BS00022120_51 Excalibur_c34574_452 73.2 wsnp_Ku_c2329_4474766 wsnp_Ku_c8394_14267750 wsnp_Ra_c44015_50539749 BS00022605_51 wsnp_Ku_c3354_6228393 wsnp_Ku_c3354_6228863 wsnp_Ku_c9388_15743434 wsnp_Ra_c31062_40243185 73.8 BS00038646_51 Ku_c9262_902 BS00084250_51 Kukri_c2700_1137 Kukri_c44260_577 TA004297-0876 wsnp_Ex_c2350_4403690 wsnp_Ex_c341_667884 wsnp_Ku_c2700_5121331 wsnp_Ku_c2700_5121383 Kukri_c18260_345 Kukri_c9262_401 BS00072903_51 BS00082211_51 Excalibur_rep_c69275_346 GENE-3945_245 RAC875_c62614_191 TA012395-0819 Tdurum_contig42125_5692 wsnp_Ex_c30264_39202224 wsnp_Ku_c3450_6387847 Ku_c69999_111 74.4 TGRWT

5 10 15

Avalon ¡x ¡Cadenza ¡ 5 ¡chromosomes ¡ 7 ¡QTL ¡ ¡ MAGIC ¡ 24 ¡linkage ¡groups ¡ ¡ 124 ¡SNPs ¡ Harriet ¡Benbow ¡ University ¡of ¡Bristol ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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Adap(ve ¡traits ¡-­‑ ¡NIAB ¡Elite ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 21

4 6 8 10 1947 1957 1967 1977 1987 1997 2007

NIAB ¡Diverse ¡MAGIC ¡popula(on ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 22

The ¡future ¡is ¡MAGIC ¡ ¡

Acknowledgements ¡

  • ¡NIAB ¡Trust ¡& ¡pre-­‑breeding ¡

team ¡

  • ¡Lesley ¡Boyd ¡
  • ¡Wayne ¡Powell ¡
  • ¡Colin ¡Cavanagh ¡& ¡Emma ¡Huang ¡
  • ¡Harriet ¡Benbow ¡
  • ¡Keith ¡Edwards/Sacha ¡Allen ¡
  • ¡Donal ¡O’Sullivan ¡
  • ¡RAGT, ¡KWS ¡and ¡Limagrain ¡

@NIABTAG ¡ #bgri2014 ¡

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SLIDE 23

Methods ¡of ¡analysis ¡must ¡account ¡for ¡family ¡structure ¡

  • One-­‑way ¡ANOVA ¡and ¡linear ¡regression ¡fail ¡to ¡

account ¡for ¡family ¡structure ¡

  • Exploit ¡hierarchical ¡pedigree ¡structure: ¡

extremely ¡easy ¡ ¡ Although ¡MAGIC ¡is ¡very ¡uniform, ¡lines ¡are ¡s(ll ¡ ¡ clustered ¡within ¡funnel ¡crosses ¡so ¡there ¡is ¡s(ll ¡a ¡ need ¡to ¡correct ¡for ¡structure. ¡ ¡ ¡ Because ¡the ¡NIAB ¡popula(on ¡has ¡followed ¡a ¡ very ¡specific ¡crossing ¡scheme, ¡this ¡adjustment ¡is ¡ very ¡simple. ¡ ¡ ¡ ¡ Checked ¡with ¡gene ¡drop ¡simula(ons: ¡ hrp://www.niab.com/pages/id/376/GeneDrop ¡ ¡

false positives from simple regression: 10,000 sets

p value Frequency 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 200 400 600 800 1000

Dist ¡of ¡p-­‑values ¡under ¡the ¡null ¡hypothesis ¡ with ¡no ¡correc(on ¡– ¡simulated. ¡

false positives from adjusted regression: 10,000 sets

p value Frequency 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 200 400 600 800 1000

Dist ¡of ¡p-­‑values ¡under ¡the ¡null ¡ hypothesis ¡with ¡correc(on ¡– ¡simulated. ¡ Perfect ¡correc(on. ¡