WO2004083368A2 - Molecular markers for the baking quality of wheat - Google Patents

Molecular markers for the baking quality of wheat Download PDF

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WO2004083368A2
WO2004083368A2 PCT/FR2004/000598 FR2004000598W WO2004083368A2 WO 2004083368 A2 WO2004083368 A2 WO 2004083368A2 FR 2004000598 W FR2004000598 W FR 2004000598W WO 2004083368 A2 WO2004083368 A2 WO 2004083368A2
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Arnaud Messager
Elisabeth Bervas
Laurent Linossier
Gilles Charmet
Marie-Reine Perretant
Cyril Groos
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Genoplante-Valor
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
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    • C12Q2600/156Polymorphic or mutational markers

Definitions

  • the present invention relates to new markers of the baking quality of a wheat, and to their use for improving it.
  • the quality of wheat is a fundamental factor in international trade. However, each wheat sector having specific requirements, the definition of the quality of a wheat will depend considerably on the intended use.
  • the “baking quality” of a wheat (we also speak of its “bread-making value”) defines its ability to make good bread.
  • the bread-making value is determined by the BIPEA test (Bureau Interprofessionnel d'Etudes Analytiques, AFNOR standard NF V03-716). This test is based on a standardized bread-making procedure and on a scoring grid of the evolution of the properties of the dough during kneading, shaping, finishing and baking. The quality of the finished product (volume of the bread, appearance of the crumb, of the crust) is also studied. The results of the BIPEA test are given in a scoring grid on 300 points, with intermediate ratings of dough, crumb and bread on 100 points.
  • Chopin's alveograph consists in subjecting a dough piece to a constant flow of air and measuring the pressure inside the dough "bubble" thus formed. This extension reproduces the deformation of the dough under the influence of gas evolution.
  • all of these tests require, as for the BIPEA test, to have beforehand mature wheat plants to collect a sufficient quantity of grains (and therefore flour).
  • these tests only study part of the stresses undergone by the flour during its transformation into bread and therefore only inform the breeders about certain characteristics of the dough.
  • the hardness of a grain corresponds to its capacity to resist crushing and depends on the bonding strength between the components of the albumen.
  • the hardness analysis methods focus on two aspects of the character: the grain's resistance to crushing itself and the condition of the flour particles.
  • a frequently used method for the evaluation of this last parameter is near infrared reflection spectrometry, which is based on the principle according to which the near infrared reflection spectrum is sensitive to variations in size and distribution. particles from a sample ground (ROBERT and BERTRAND, Sci. Aliment., 5: 501-517, 1985). The infrared radiation penetrates less in a sample the smaller the particles in the sample, which leads to a decrease in the values of the absorbances.
  • the protein content of the grain generally varies between 9 and 16% depending on the variety and the agro-environmental conditions.
  • the use of near infrared spectroscopy allows rapid measurement of the protein level (WILLIAMS. 1979, cited above). This non-destructive method is carried out on whole grains.
  • QTL Quality of Life
  • a QTL associated with the desired trait When a QTL associated with the desired trait has been identified, it can then be used in various ways to obtain plants exhibiting this trait. For example, molecular markers of a QTL can be used to select plants carrying this QTL. This is in order to use these plants as a source of genetic material for the purpose of improving this trait of interest in other plants.
  • the allele associated with this favorable QTL can then be introduced (for example by conventional introgression methods) into plants in which it is desired to improve this characteristic of interest; the effectiveness of this introgression can be controlled by the use of molecular markers associated with the QTL concerned, according to the usual procedures of selection assisted by markers (SAM) (Hospital and Charcosset, Genetics r 147: 1469-1485, 1997).
  • SAM selection assisted by markers
  • the inventors undertook to identify other QTLs associated with the bread-making value of a wheat. For this purpose, they analyzed the progeny of a cross between two varieties of wheat of good agronomic and baking value: the variety “Renan” and the variety “Récital”. They thus detected a region, carried by chromosome 3A, which controls various characters influencing the baking quality of a bread: the strength of the dough, the protein level of the grain, the hardness of the grain, the volume of the bread and the value in bread making (bread note, dough note and total BIPEA test score). They identified in this region stable QTLs of bread-making capacity, as well as several molecular markers of these QTLs.
  • the subject of the present invention is the use of one or more molecular markers of the region of chromosome 3A bordered by the markers cfd079b and gwm ⁇ b for the evaluation of the baking quality of plants, lines, or varieties of wheat.
  • molecular marker of the region of chromosome 3A mentioned above, any polynucleotide sequence included in this region and having a polymorphism correlated with the aptitude of a wheat for bread-making.
  • markers can be of different categories: as nonlimiting examples, they can be RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLPs (amplification fragment length polymorphisms), RAPDs (random amplified polymorphic DNA), microsatellites, SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), STS (Sequence Tagged Sites) and in particular ESTs (Expressed Sequence Tags) or genes.
  • the present invention relates in particular to a method for evaluating the baking quality of a wheat, characterized in that it comprises the detection of the presence or absence in biological material originating from said wheat, of an allele of 'At least one molecular marker of the region of chromosome 3A defined above, said allele being associated with a high baking quality.
  • said molecular marker (s) are one or more microsatellite markers.
  • the said microsatellite marker (s) is (are) chosen from the markers gwm5, gwm068b, g m.369 and cfd79b. These four markers cover the entire region of chromosome 3A defined above.
  • a combination of at least 2, advantageously at least 3, will be used, and very preferably a combination of the 4 markers.
  • g m.5 also called WMS5
  • gwm068 also called WMS68
  • g m369 also called WMS369
  • cfd79 has been described by GUYOMARC'H et al. (Theor. Appl. Gen., 104: 1164-1172, 2002) and SOURDILLE et al. (Improvement of the genetic maps of wheat using new microsatellite markers. In: Proc. Plant and Animal Génome 'IX Conf. San Diego, CA, USA, 425: 167, 2001). Their characteristics are indicated below: gwm5: left primer: GAAAGGGCCAGGCTAGTAGT (SEQ ID N ° 1) right primer: CCAGCTACCTCGATACAACTC (SEQ ID N ° 2) Tm: 50 ° C
  • This marker is linked to a grain protein QTL, a dough strength QTL, a grain hardness QTL, a bread volume QTL (BIPEA test), a bread note QTL ( BIPEA test), and a dough note QTL (BIPEA test).
  • the size of the product of amplification of the favorable allele provided by the Renan variety is 168 bp.
  • gwm68 left primer: AGGCCAGAATCTGGGAATG (SEQ ID N ° 3) right primer: CTCCCTAGATGGGAGAAGGG (SEQ ID N ° 4) Tm: 60 ° C
  • This marker is linked to a dough strength QTL, a bread volume QTL (BIPEA test), a bread note QTL (BIPEA test), a dough note QTL (BIPEA test), and a total score QTL (BIPEA test).
  • the size of the favorable allele amplification product provided by the Renan variety is 126 bp.
  • gwm369 left primer: ACCGTGGGTGTTGTGAGC (SEQ ID N ° 5) right primer: CTGCAGGCCATGATGATG (SEQ ID N ° 6) Tm: 60 ° C
  • This marker is linked to a grain protein QTL, to a grain hardness QTL, and to a bread volume QTL (BIPEA test).
  • the size of the product of amplification of the favorable allele provided by the Renan variety is 184 bp.
  • cfd079 left primer: TCTGGTTCTTGGGAGGAAGA (SEQ ID N ° 7) right primer: CATCCAACAATTTGCCCAT (SEQ ID N ° 8) Tm: 60 ° C
  • This marker is linked to a grain hardness QTL.
  • the size of the favorable allele amplification product provided by the Renan variety is 284 bp.
  • the allele provided by the variety Renan appears moreover typical of this variety, which makes these markers particularly interesting for following the QTL in numerous intervarietal crosses involving the variety Renan.
  • chromosome region 3A defined above and the QTL located in this' region you, those skilled in the art can readily identify other molecular markers in this region and these QTL , by conventional methods, known in themselves.
  • a BAC library covering the area of interest of chromosome 3A it is possible, from a BAC library covering the area of interest of chromosome 3A, to define which are the positive clones, that is to say those for which the markers gwm.5 , g m068b, gwm369 and cfd79b hybridize.
  • Each end of BAC clones can then be sequenced, thus generating new microsatellite or SNP markers if their polymorphism is correlated with the aptitude of a wheat for bread-making.
  • the molecular markers of the region of chromosome 3A defined above, and in particular the markers gwm.5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, can be used to assess the potential for bread-making value of a plant, a line or a variety of wheat, by detection of one or more of the QTL associated with the bread-making value present in this region.
  • Plants, lines, or varieties with at least one QTL improved breadmaking value thus detected can be used 'as a source of genetic material for improving the baking value of low or medium baking quality plants, for example by introgression of said QTL in said plants.
  • the monitoring of this introgression can then be ensured using the molecular markers in accordance with the invention.
  • markers In the context of the implementation of the present invention, it is possible to use, according to the techniques known per se for selection assisted by markers, one or more several molecular markers of the region of chromosome 3A defined above and of the QTLs located in this region, at different stages of obtaining wheats having a good baking quality.
  • markers covering this entire region of chromosome 3A such as the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, makes it possible to follow the introgression of several characteristics at the same time.
  • the markers gwm5 and gwm.369 can be used, singly or, more advantageously, in combination, to follow the introgression of QTL in the crosses between Renan and many varieties, among which we can cite, from non-limiting examples, the Alloy, Altria, Apache, Aztec, Balthazar, Baltimor, Efal, Forby, Isengrain, Lorraine, Oracle, Ornicar, Qualital, Récital, Soisson, Sponsor varieties, for which the markers gwm5 and gwm369 are both polymorphs.
  • the present invention can be used in particular in Tri ticum aestivum, which is the main species used in baking.
  • the microsatellite markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b being specific for the Triticaceae genome, they can also be transferred to diploid wheat Tri ticum monococcum, or tetraploid wheat Tri ticum durum.
  • the marker gwm5 can be used in the context of improving the protein content of the grain which is a characteristic sought in these species.
  • the present invention also encompasses the use of polynucleotide probes or primers allowing the detection of the molecular markers defined above, and in particular the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, in the context of the uses of said markers defined above.
  • the present invention also relates to a detection kit which can be used to evaluate the bread-making value of a wheat, characterized in that it comprises at least two pairs of primers allowing the amplification of two different markers chosen from gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b.
  • the kits conform to the invention comprise three pairs of primers for amplification of three of 'markers above, and particularly preferably, they contain four pairs of primers for amplification of four such markers.
  • the first is characterized by a very good baking value, associated with a high protein content.
  • the second is characterized by good baking quality despite a relatively low protein content. They also both have significant grain hardness.
  • the RILs were sown in France in 1999 in 6 different environments, namely Châlons en Champagne
  • LM Moulon
  • MO Mons
  • RN Rennes
  • the genetic linkage map is constructed using RFLP, AFLP and microsatellite markers.
  • the RFLP analysis was carried out by non-radioactive labeling (cold probe) according to the protocol described by LU et al. ⁇ Agronomy, 14: 33-39, 1994).
  • the technique for revealing microsatellite markers and AFLPs used is a non-radioactive silver nitrate method, described by TIXIER et al. [Journal of Genetics and Breeding, 51: 175-177, 1997).
  • the Renan x Récital (ReR) genetic map currently includes 525 loci distributed over 38 linkage groups covering a total of 2722.3 centiMorgans (cM) in genetic distance.
  • the analysis of the links is carried out using the Mapmaker / exp 3.06 software (LANDER et al., Genomics., 121: 185-199, 1987).
  • the recombination frequencies are converted into distances in centiMorgans (cM) using the KOSAMBI mapping function (KOSAMBI, Ann. Eugen., 12: 172-175, 1944).
  • KOSAMBI KOSAMBI, Ann. Eugen., 12: 172-175, 1944.
  • the linking groups are assigned to chromosomes, using microsatellite loci, by comparison with the reference maps of Courtot X Chinese Spring and Synthetic X Opata described respectively by CADALEN et al. ⁇ Theo. Appl. Broom. , 94: 367-377, 1997) and R ⁇ DER et al. (Genetics, 149: 2007-2023, 1998).
  • QTL analysis QTL analysis
  • an analysis of variance is performed for each marker taken individually.
  • the markers declared significant are then subjected to a multiple regression step to determine the subset of markers which remain significant together.
  • the subset of markers thus defined is used as a source of covariates in the next step.
  • the list of chromosomes carrying putative QTLs is established according to the marker ANOVA. The part of the trait explained by these markers is determined by the R 2 of the multiple regression model.
  • the location and the effect of this QTL are calculated by the “marker regression” method (HYNE V. and KEARSEY M., Theor. Appl Genêt., 91: 471-476, 1995). This method consists in performing a least squares adjustment between the values of the effects observed at the markers and the predicted values taking into account the frequency of recombination between the markers and the QTL.
  • the hardness was evaluated on flour by analysis in the near infrared (NIR) using an Infra atic 8100. This method is standardized by the AACC (American Association of Cereal Chemists) under the reference 39-70A. The device is calibrated according to data from the ITCF laboratory (Technical Institute of Cereals and Fourrages) which is used as a reference in France.
  • NIR near infrared
  • ITCF laboratory Technical Institute of Cereals and Fourrages
  • the grain hardness was also measured according to AACC protocol 55-31, using the SKCS 4100 device (SKCS: Singel-Kernel Characterization System, GAINES et al., Cereal. Chem., 73: 278-283, 1996) sold by the company PERTEN INSTRUMENTS. This device measures the energy required to grind a grain; an average over a sample of 300 grains is established. Grain protein level measurement:
  • the method chosen for measuring the protein level in the grain is the method by infrared analysis of the whole grain standardized by the AACC (method 39-25).
  • a set of QTLs associated with bread-making ability has been detected on chromosome 3A.
  • Figure 1 in the appendix represents the position of these QTLs on the chromosome, and their characteristics.
  • the vertical lines represent the confidence interval of the QTL (when it has been detected in several environments, only the shortest interval is represented).
  • the numbers in parentheses next to these traits represent, for the first of them the number of environments where the QTL has been detected and for the second the highest value of R for this character.
  • GPC grain H protein levels
  • W dough strength ol pa i
  • n bread volume (test BIPEA)
  • P ATE note paste (BIPEA test)
  • tai e total score (BIPEA test)
  • Table I summarizes the grain protein content results obtained for the RILs and the parental lines in each environment.
  • Analysis of grain protein QTLs detected 4 stable QTLs (i.e. detected in at least 4 out of 6 environments). These QTLs are present on chromosomes 2A, 3A, 4D and 7D. Each of these QTLs explains about 10% of the phenotypic variation associated with the protein content of the grain.
  • the grain protein QTL associated with chromosome 3A is detected in the 6 environments, and the favorable allele of this QTL is provided by the Renan line.
  • the value of R 2 varies from 4.1 to 8.3 depending on the environment tested.
  • the hardness determined according to the two different methodologies (NIR and SKCS) described in the examples, was analyzed in three environments (CF, CH and RN). Whichever method is used, the Renan cultivar has the highest hardness values. These analyzes each highlight 7 QTLs associated with the hardness of the grain. Five of them are detected by both methods, both by the NIR method and by SKCS, and account for approximately 29 to 37% of the phenotypic variation in hardness.
  • the results for the hardness evaluated by NIR and SKCS are presented in Table II. Figure 1 illustrates the results for the hardness evaluated by NIR.

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Abstract

The invention relates to molecular markers for a region of wheat chromosome 3A, which can be used to asses the baking quality of a plant, a line or a variety of wheat, through the detection of one or more baking ability QTLs present in said region.

Description

MARQUEURS MOLECULAIRES DE LA QUALITE BOULANGERE D'UN BLE. MOLECULAR MARKERS OF THE BAKING QUALITY OF A WHEAT.
La présente invention se rapporte à de nouveaux marqueurs de la qualité boulangère d'un blé, et à leur utilisation pour améliorer celle-ci. La qualité des blés constitue une donnée fondamentale des échanges internationaux. Toutefois, chaque filière du blé possédant des exigences particulières, la définition de la qualité d'un blé va dépendre considérablement de l'utilisation envisagée. La « qualité boulangère » d'un blé (on parle aussi de sa « valeur en panification ») définit son aptitude à faire du bon pain.The present invention relates to new markers of the baking quality of a wheat, and to their use for improving it. The quality of wheat is a fundamental factor in international trade. However, each wheat sector having specific requirements, the definition of the quality of a wheat will depend considerably on the intended use. The “baking quality” of a wheat (we also speak of its “bread-making value”) defines its ability to make good bread.
Du fait du nombre important d' étapes intervenant dans le processus de réalisation d'un pain (ou panification), les caractéristiques d'un blé à prendre en considération pour établir sa valeur en panification sont multiples.Due to the large number of stages involved in the process of making a bread (or bread-making), the characteristics of a wheat to be taken into account to establish its bread-making value are multiple.
En France, la valeur en panification est déterminée par le test du BIPEA (Bureau Interprofessionnel d'Etudes Analytiques, norme AFNOR NF V03-716) . Ce test se base sur une procédure de panification standardisée et sur une grille de notation de l'évolution des propriétés de la pâte au cours du pétrissage, du façonnage, de l'apprêt et de la mise en four. La qualité du produit fini (volume du pain, aspect de la mie, de la croûte) est également étudiée. Les résultats du test BIPEA sont donnés dans une grille de notation sur 300 points, avec des notations intermédiaires de pâte, de mie et de pain sur 100 points.In France, the bread-making value is determined by the BIPEA test (Bureau Interprofessionnel d'Etudes Analytiques, AFNOR standard NF V03-716). This test is based on a standardized bread-making procedure and on a scoring grid of the evolution of the properties of the dough during kneading, shaping, finishing and baking. The quality of the finished product (volume of the bread, appearance of the crumb, of the crust) is also studied. The results of the BIPEA test are given in a scoring grid on 300 points, with intermediate ratings of dough, crumb and bread on 100 points.
Toutefois, ces tests « grandeur nature » de réalisation d'un pain sont coûteux à la fois en temps, en moyens et en quantité de farine (2,5 à 3 kg de grain, soit 1,5 kg de farine pour un test) . Il n'est possible de réaliser un tel test qu'aux dernières étapes de la sélection, lorsqu'une quantité importante de grains de blé est disponible.However, these “life-size” tests for making a bread are costly both in time, in means and in quantity of flour (2.5 to 3 kg of grain, or 1.5 kg of flour for a test) . It is only possible to carry out such a test at the final stages of selection, when a large quantity of wheat grains is available.
D'autres tests, qualifiés d'indirects, ont été développés pour être utilisés au cours des premiers stades de sélection où le nombre de lignées à tester est élevé et la quantité de grains disponibles pour chaque lignée est très faible. Parmi ces tests, on mentionnera notamment 1' alvéographe de Chopin.Other tests, qualified as indirect, have been developed for use during the first stages of selection where the number of lines to be tested is high and the quantity of grains available for each line is very low. Among these tests, mention will be made in particular of the Chopin alveograph.
L' alvéographe de Chopin consiste à soumettre un pâton à un débit constant d'air et à mesurer la pression à l'intérieur de la « bulle » de pâte ainsi formée. Cette extension reproduit la déformation de la pâte sous l'influence du dégagement gazeux. Ce test fournit des renseignements sur la ténacité (P = pression maximale à la déformation), l'extensibilité (L = longueur de la courbe) et la force de la pâte (W = énergie fournie pour la formation d'une bulle jusqu'à rupture, proportionnelle à la surface sous la courbe) . Il est réalisé à hydratation constante et donc ne prend pas en compte les différences d' absorption d'eau de la farine liées à la « dureté » d'un blé. Néanmoins, l'ensemble de ces tests nécessite, comme pour le test BIPEA, de disposer au préalable de plants de blé matures pour recueillir une quantité de grains (et donc de farine) suffisante. De plus, ces tests n'étudient qu'une partie des contraintes subies par la farine au cours de sa transformation en pain et donc ne renseignent les sélectionneurs que sur certains caractères de la pâte.Chopin's alveograph consists in subjecting a dough piece to a constant flow of air and measuring the pressure inside the dough "bubble" thus formed. This extension reproduces the deformation of the dough under the influence of gas evolution. This test provides information on the toughness (P = maximum pressure at deformation), the extensibility (L = length of the curve) and the strength of the dough (W = energy supplied for the formation of a bubble up to rupture, proportional to the area under the curve). It is carried out at constant hydration and therefore does not take into account the differences in water absorption of the flour linked to the "hardness" of a wheat. However, all of these tests require, as for the BIPEA test, to have beforehand mature wheat plants to collect a sufficient quantity of grains (and therefore flour). In addition, these tests only study part of the stresses undergone by the flour during its transformation into bread and therefore only inform the breeders about certain characteristics of the dough.
D'autres tests indirects, utilisables sur une quantité faible de grain et dès les premières étapes de la sélection, ont été mis au point. Ces tests permettent d'estimer certaines caractéristiques du blé impliquées plus spécifiquement dans la valeur en panification d'un blé : la dureté du grain et sa teneur en protéines.Other indirect tests, usable on a small quantity of grain and from the first stages of selection, have been developed. These tests make it possible to estimate certain characteristics of wheat more specifically involved in the bread-making value of a wheat: the hardness of the grain and its protein content.
La dureté d' un grain correspond à sa capacité à résister à l'écrasement et dépend de la force de liaison entre les composants de l'albumen. Les méthodes d'analyse de la dureté portent sur deux aspects du caractère : la résistance du grain à l'écrasement proprement dite et l'état des particules de la farine. Une méthode fréquemment utilisée pour l'évaluation de ce dernier paramètre est la spectrométrie de réflexion dans le proche infra rouge, qui s'appuie sur le principe selon lequel le spectre de réflexion dans le proche infra rouge est sensible aux variations de taille et de distribution des particules d'un échantillon broyé (ROBERT et BERTRAND, Sci . Aliment . , 5 : 501-517, 1985). Le rayonnement infrarouge pénètre d'autant moins dans un échantillon que les particules de l'échantillon sont petites, ce qui entraîne une diminution des valeurs des absorbances. Les blés « soft » ayant une granulometrie plus fine que les blés « hard » (à méthode de mouture identique) , les valeurs d' absorbance d'une farine standardisée soumise à un rayonnement dans le proche infrarouge seront d' autant plus faibles que le blé sera « soft » (WILLIAM, Cereal . Chem . , 56: 169-172, 1979). Il s'agit donc d'une méthode d'estimation indirecte du « Particule Size Index », norme AACC.The hardness of a grain corresponds to its capacity to resist crushing and depends on the bonding strength between the components of the albumen. The hardness analysis methods focus on two aspects of the character: the grain's resistance to crushing itself and the condition of the flour particles. A frequently used method for the evaluation of this last parameter is near infrared reflection spectrometry, which is based on the principle according to which the near infrared reflection spectrum is sensitive to variations in size and distribution. particles from a sample ground (ROBERT and BERTRAND, Sci. Aliment., 5: 501-517, 1985). The infrared radiation penetrates less in a sample the smaller the particles in the sample, which leads to a decrease in the values of the absorbances. “Soft” wheats having a finer grain size than “hard” wheats (with identical milling method), the absorbance values of a standardized flour subjected to near infrared radiation will be all the lower as the wheat will be "soft" (WILLIAM, Cereal. Chem., 56: 169-172, 1979). It is therefore a method of indirect estimation of the “Particle Size Index”, AACC standard.
La teneur en protéines du grain varie généralement entre 9 et 16% selon la variété et les conditions agro-environnementales. L'utilisation de la spectroscopie dans le proche infrarouge permet une mesure rapide du taux de protéines (WILLIAMS. 1979, précité). Cette méthode non destructive s'effectue sur grains entiers.The protein content of the grain generally varies between 9 and 16% depending on the variety and the agro-environmental conditions. The use of near infrared spectroscopy allows rapid measurement of the protein level (WILLIAMS. 1979, cited above). This non-destructive method is carried out on whole grains.
La panification constituant l'un des débouchés principaux des blés français, la valeur en panification du blé constitue un enjeu majeur pour les sélectionneurs. Or, du fait de la complexité des caractères associés à la qualité boulangère d'un blé, la mise en œuvre de méthodes classiques de sélection variétale pour obtenir des plantes possédant les propriétés souhaitées peut s'avérer longue et fastidieuse. L'identification et l'utilisation de marqueurs moléculaires liés à des gènes déterminant la valeur en panification permettraient d'accélérer le processus de sélection de variétés de blé présentant une meilleure valeur en panification. Actuellement, une approche de plus en plus utilisée pour faciliter l'obtention de plantes possédant un caractère quantitatif d' intérêt agronomique consiste à localiser des régions chromosomiques intervenant dans la variabilité de ce caractère. Ces régions, dénommées QTL (pour « Quantitative Trait Locus ») , sont balisées par des marqueurs moléculaires dont le polymorphisme explique une part significative de la variation du caractère d'intérêt. Fondamentalement, un QTL constitue un objet statistique que l'on peut définir par (au moins) deux paramètres : sa position et son effet (additif) .Since bread-making is one of the main outlets for French wheat, the bread-making value of wheat is a major issue for breeders. However, because of the complexity of the characteristics associated with the baking quality of a wheat, the implementation of conventional methods of varietal selection to obtain plants having the desired properties can prove to be long and tedious. The identification and use of molecular markers linked to genes determining the bread-making value would speed up the selection process of wheat varieties with better bread-making value. Currently, an approach increasingly used to facilitate the obtaining of plants having a quantitative character of agronomic interest consists in locating chromosomal regions intervening in the variability of this character. These regions, called QTL (for “Quantitative Trait Locus”), are marked by molecular markers whose polymorphism explains a significant part of the variation of the character of interest. Basically, a QTL is a statistical object that we can define by (at least) two parameters: its position and its effect (additive).
Lorsqu'un QTL associé au caractère souhaité a été mis en évidence, il peut ensuite être utilisé de différentes manières pour l'obtention de plantes présentant ce caractère. Par exemple, des marqueurs moléculaires d'un QTL peuvent être utilisés pour sélectionner des plantes porteuses de ce QTL. Ceci, afin d'utiliser ces plantes comme source de matériel génétique à des fins d' amélioration de ce caractère d' intérêt chez d'autres plantes. L'allèle associé à ce QTL favorable peut ensuite être introduit (par exemple par des méthodes classiques d' introgression) dans des plantes chez lesquelles on souhaite améliorer ce caractère d'intérêt ; l'efficacité de cette introgression peut être contrôlée grâce à l'utilisation de marqueurs moléculaires associés au QTL concerné, selon les procédures usuelles de sélection assistée par marqueurs (SAM) (Hospital et Charcosset, Genetics r 147 : 1469-1485, 1997).When a QTL associated with the desired trait has been identified, it can then be used in various ways to obtain plants exhibiting this trait. For example, molecular markers of a QTL can be used to select plants carrying this QTL. This is in order to use these plants as a source of genetic material for the purpose of improving this trait of interest in other plants. The allele associated with this favorable QTL can then be introduced (for example by conventional introgression methods) into plants in which it is desired to improve this characteristic of interest; the effectiveness of this introgression can be controlled by the use of molecular markers associated with the QTL concerned, according to the usual procedures of selection assisted by markers (SAM) (Hospital and Charcosset, Genetics r 147: 1469-1485, 1997).
En ce qui concerne la valeur en panification d'un blé, différents QTL d'intérêt ont pu d'ores et déjà être identifiés .As regards the bread-making value of a wheat, various QTLs of interest have already been identified.
Ainsi, SYMES (Aust . J. Agr . Res . , 16 : 113-123, 1965) a montré que la différence de dureté entre des variétés de blé est essentiellement liée à un gène unique, « Ha », positionné sur le bras court du chromosome 5D (MATTERN et al., Proc 4th Int. Wheat Genêt. Symp. Coloumbus, Missouri, 703-707, 1973 ; LAW et al., Heredi ty, 40 : 133-151, 1978,). Toutefois, SOURDILLE et al. ( Theor. Appl . Genêt . , 93 : 580- 586, 1996) ont montré par une approche QTL que ce gène Ha permettait d'expliquer 63% de la variation phénotypique de la dureté. D'autres études de la dureté, utilisant une approche par analyse génétique, ont mis en évidence des effets mineurs associés aux chromosomes 2A, 4A, 4B, 7A (MATTERN et al. 1973, précité), 5A, 5B (MORRISON et al., J. Cereal . Sci . , 2 : 145- 152, 1989), 2A, 2D, 5B et 6D (SOURDILLE et al. 1996, précité) .Thus, SYMES (Aust. J. Agr. Res., 16: 113-123, 1965) has shown that the difference in hardness between varieties of wheat is essentially linked to a single gene, "Ha", positioned on the short arm chromosome 5D (MATTERN et al., Proc 4th Int. Wheat Genêt. Symp. Coloumbus, Missouri, 703-707, 1973; LAW et al., Heredi ty, 40: 133-151, 1978,). However, SOURDILLE et al. (Theor. Appl. Genêt., 93: 580-586, 1996) have shown by a QTL approach that this Ha gene explains 63% of the phenotypic variation in hardness. Other hardness studies, using a genetic analysis approach, have highlighted minor effects associated with chromosomes 2A, 4A, 4B, 7A (MATTERN et al. 1973, supra), 5A, 5B (MORRISON et al. , J. Cereal. Sci., 2: 145-152, 1989), 2A, 2D, 5B and 6D (SOURDILLE et al. 1996, cited above).
L'étude de lignées de substitution ou de lignées monosomiques a permis de détecter des facteurs génétiques contrôlant la quantité de protéines sur les bras longs et courts du chromosome 5D (MORRIS et al . , Proc 4th Int. Wheat Genêt. Sy p. Coloumbus, Missouri, 715-718, 1973 ; LAW et al . , Seed Protein Improvment by Nuclear Techniques (ed) IAEA, 483- 502, 1978), le chromosome 5A (MORRIS et al . 1973, précité), les chromosomes 1A, 1B, 5B et 7A (STEIN IRA et al . , Crop. Sci . , 32 : 581-584, 1992). Plus récemment, deux QTL intervenant à hauteur de 66% et 20% dans la variation de ce caractère ont été détectés sur le chromosome 6B (JOPPA et al . , Crop . Sci . , 37 : 1586-1589, 1997) et sur le chromosome 2D (PRASAD et al . , Theor. Appl . Genêt . , 99 : 341-345, 1999) respectivement .The study of substitution lines or monosomal lines made it possible to detect genetic factors controlling the amount of protein on the long and short arms of chromosome 5D (MORRIS et al., Proc 4th Int. Wheat Genêt. Sy p. Coloumbus, Missouri, 715-718, 1973; LAW et al., Seed Protein Improvment by Nuclear Techniques (ed) IAEA, 483-502, 1978), chromosome 5A (MORRIS et al. 1973, cited above), chromosomes 1A, 1B, 5B and 7A (STEIN IRA et al., Crop. Sci., 32: 581 -584, 1992). More recently, two QTL intervening at the level of 66% and 20% in the variation of this characteristic have been detected on chromosome 6B (JOPPA et al., Crop. Sci., 37: 1586-1589, 1997) and on chromosome 2D (PRASAD et al., Theor. Appl. Genêt., 99: 341-345, 1999) respectively.
Enfin, quelques études QTL concernant divers composants de la valeur en panification ont permis d' identifier différentes régions génétiques impliquées dans la qualité boulangère d'un blé (PERRETANT et al . , Theor. Appl . Genêt . , 100: 1167-1175, 2000 ; ZANETTI et al . , Plant . Breed. , 120: 13-19, 2001).Finally, some QTL studies concerning various components of bread-making value have made it possible to identify different genetic regions involved in the baking quality of a wheat (PERRETANT et al., Theor. Appl. Genêt., 100: 1167-1175, 2000 ; ZANETTI et al., Plant. Breed., 120: 13-19, 2001).
Les Inventeurs ont entrepris d' identifier d'autres QTL associés à la valeur en panification d'un blé. Dans ce but, ils ont analysé la descendance d'un croisement entre deux variétés de blé de bonne valeur agronomique et boulangère : la variété « Renan » et la variété « Récital ». Ils ont ainsi détecté une région, portée par le chromosome 3A, qui contrôle divers caractères influençant la qualité boulangère d'un pain : la force de la pâte, le taux de protéines du grain, la dureté du grain, le volume du pain et la valeur en panification (note de pain, note de pâte et note totale du test BIPEA) . Ils ont identifié dans cette région des QTL stables d'aptitude à la panification, ainsi que plusieurs marqueurs moléculaires de ces QTL.The inventors undertook to identify other QTLs associated with the bread-making value of a wheat. For this purpose, they analyzed the progeny of a cross between two varieties of wheat of good agronomic and baking value: the variety "Renan" and the variety "Récital". They thus detected a region, carried by chromosome 3A, which controls various characters influencing the baking quality of a bread: the strength of the dough, the protein level of the grain, the hardness of the grain, the volume of the bread and the value in bread making (bread note, dough note and total BIPEA test score). They identified in this region stable QTLs of bread-making capacity, as well as several molecular markers of these QTLs.
La présente invention a pour objet l'utilisation d'un ou plusieurs marqueurs moléculaires de la région du chromosome 3A bordée par les marqueurs cfd079b et gwmδδb pour l'évaluation de la qualité boulangère de plants, lignées, ou variétés de blés.The subject of the present invention is the use of one or more molecular markers of the region of chromosome 3A bordered by the markers cfd079b and gwmδδb for the evaluation of the baking quality of plants, lines, or varieties of wheat.
On définit ici comme « marqueur moléculaire » de la région du chromosome 3A mentionnée ci-dessus, toute séquence polynucléotidique comprise dans cette région et présentant un polymorphisme corrélé avec l'aptitude d'un blé à la panification. Ces marqueurs peuvent être de différentes catégories : à titre d'exemples non limitatifs, il peut s'agir de RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphism), d'AFLPs (amplification fragment length polymorphisms) , de RAPDs (random amplified polymorphic DNA) , de microsatellites, de SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms) , de STS (Séquence Tagged Sites) et notamment d' ESTs (Expressed Séquence Tags) ou de gènes.We define here as "molecular marker" of the region of chromosome 3A mentioned above, any polynucleotide sequence included in this region and having a polymorphism correlated with the aptitude of a wheat for bread-making. These markers can be of different categories: as nonlimiting examples, they can be RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLPs (amplification fragment length polymorphisms), RAPDs (random amplified polymorphic DNA), microsatellites, SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms), STS (Sequence Tagged Sites) and in particular ESTs (Expressed Sequence Tags) or genes.
La présente invention a en particulier pour objet un procédé pour évaluer la qualité boulangère d'un blé, caractérisé en ce qu'il comprend la détection de la présence ou de l'absence dans du matériel biologique provenant dudit blé, d'un allèle d'au moins un marqueur moléculaire de la région du chromosome 3A définie ci-dessus, ledit allèle étant associé à une qualité boulangère élevée.The present invention relates in particular to a method for evaluating the baking quality of a wheat, characterized in that it comprises the detection of the presence or absence in biological material originating from said wheat, of an allele of 'At least one molecular marker of the region of chromosome 3A defined above, said allele being associated with a high baking quality.
Selon un mode de mise en œuvre préféré de la présente invention, ledit ou lesdits marqueur (s) moléculaire (s) sont un ou des marqueur (s) microsatellite (s) . Selon une disposition préférée de ce mode de mise en œuvre le (s) dits marqueur (s) microsatellite (s) est (sont) choisi (s) parmi les marqueurs gwm5, gwm068b, g m.369 et cfd79b. Ces quatre marqueurs couvrent l'intégralité de la région du chromosome 3A définie ci-dessus.According to a preferred embodiment of the present invention, said molecular marker (s) are one or more microsatellite markers. According to a preferred arrangement of this embodiment, the said microsatellite marker (s) is (are) chosen from the markers gwm5, gwm068b, g m.369 and cfd79b. These four markers cover the entire region of chromosome 3A defined above.
De préférence, on utilisera une combinaison d'au moins 2, avantageusement d'au moins 3, et de manière tout à fait préférée une combinaison des 4 marqueurs.Preferably, a combination of at least 2, advantageously at least 3, will be used, and very preferably a combination of the 4 markers.
Ces marqueurs sont connus en eux-mêmes : g m.5 (également dénommé WMS5) , gwm068 (également dénommé WMS68), g m369 (également dénommé WMS369) ont été décrits par RÔDER et al . { Genetics, 149 : 2007-2023, 1998) ; cfd79 a été décrit par GUYOMARC'H et al. ( Theor. Appl . Gen . , 104: 1164-1172, 2002) et SOURDILLE et al. (Improvement of the genetic maps of wheat using new microsatellite markers . In : Proc. Plant and Animal Génome' IX Conf. San Diego, CA, USA, 425 :167, 2001). Leurs caractéristiques sont indiquées ci-après : gwm5 : amorce gauche : GAAAGGGCCAGGCTAGTAGT (SEQ ID N°l) amorce droite : CCAGCTACCTCGATACAACTC (SEQ ID N°2) Tm : 50°CThese markers are known in themselves: g m.5 (also called WMS5), gwm068 (also called WMS68), g m369 (also called WMS369) have been described by RÔDER et al. {Genetics, 149: 2007-2023, 1998); cfd79 has been described by GUYOMARC'H et al. (Theor. Appl. Gen., 104: 1164-1172, 2002) and SOURDILLE et al. (Improvement of the genetic maps of wheat using new microsatellite markers. In: Proc. Plant and Animal Génome 'IX Conf. San Diego, CA, USA, 425: 167, 2001). Their characteristics are indicated below: gwm5: left primer: GAAAGGGCCAGGCTAGTAGT (SEQ ID N ° 1) right primer: CCAGCTACCTCGATACAACTC (SEQ ID N ° 2) Tm: 50 ° C
Ce marqueur est lié à un QTL de teneur en protéines du grain, à un QTL de force de pâte, à un QTL de dureté du grain, à un QTL de volume du pain (test BIPEA) , à un QTL de note de pain (test BIPEA) , et à un QTL de note de pâte (test BIPEA) .This marker is linked to a grain protein QTL, a dough strength QTL, a grain hardness QTL, a bread volume QTL (BIPEA test), a bread note QTL ( BIPEA test), and a dough note QTL (BIPEA test).
La taille du produit d'amplification de l' allèle favorable apporté par la variété Renan est de 168 pb. gwm68 : amorce gauche : AGGCCAGAATCTGGGAATG (SEQ ID N°3) amorce droite : CTCCCTAGATGGGAGAAGGG (SEQ ID N°4) Tm : 60°CThe size of the product of amplification of the favorable allele provided by the Renan variety is 168 bp. gwm68: left primer: AGGCCAGAATCTGGGAATG (SEQ ID N ° 3) right primer: CTCCCTAGATGGGAGAAGGG (SEQ ID N ° 4) Tm: 60 ° C
Ce marqueur est lié à un QTL de force de pâte, à un QTL de volume du pain (test BIPEA) , à un QTL de note de pain (test BIPEA) , à un QTL de note de pâte (test BIPEA) , et à un QTL de note totale (test BIPEA) .This marker is linked to a dough strength QTL, a bread volume QTL (BIPEA test), a bread note QTL (BIPEA test), a dough note QTL (BIPEA test), and a total score QTL (BIPEA test).
La taille du produit d'amplification de l' allèle favorable apporté par la variété Renan est de 126 pb. gwm369 : amorce gauche : ACCGTGGGTGTTGTGAGC (SEQ ID N°5) amorce droite : CTGCAGGCCATGATGATG (SEQ ID N°6) Tm : 60°CThe size of the favorable allele amplification product provided by the Renan variety is 126 bp. gwm369: left primer: ACCGTGGGTGTTGTGAGC (SEQ ID N ° 5) right primer: CTGCAGGCCATGATGATG (SEQ ID N ° 6) Tm: 60 ° C
Ce marqueur est lié à un QTL de teneur en protéines du grain, à un QTL de dureté du grain, et à un QTL de volume du pain (test BIPEA) . La taille du produit d'amplification de l' allèle favorable apporté par la variété Renan est de 184 pb. cfd079 : amorce gauche : TCTGGTTCTTGGGAGGAAGA (SEQ ID N°7) amorce droite : CATCCAACAATTTGCCCAT (SEQ ID N°8) Tm : 60°CThis marker is linked to a grain protein QTL, to a grain hardness QTL, and to a bread volume QTL (BIPEA test). The size of the product of amplification of the favorable allele provided by the Renan variety is 184 bp. cfd079: left primer: TCTGGTTCTTGGGAGGAAGA (SEQ ID N ° 7) right primer: CATCCAACAATTTGCCCAT (SEQ ID N ° 8) Tm: 60 ° C
Ce marqueur est lié à un QTL de dureté du grain.This marker is linked to a grain hardness QTL.
La taille du produit d'amplification de l' allèle favorable apporté par la variété Renan est de 284 pb. Dans le cas notamment des marqueurs gwm5 et gwm369, l' allèle apporté par la variété Renan apparaît en outre typique de cette variété, ce qui rend ces marqueurs particulièrement intéressants pour suivre le QTL dans de nombreux croisements intervariétaux impliquant la variété Renan.The size of the favorable allele amplification product provided by the Renan variety is 284 bp. In the case in particular of the markers gwm5 and gwm369, the allele provided by the variety Renan appears moreover typical of this variety, which makes these markers particularly interesting for following the QTL in numerous intervarietal crosses involving the variety Renan.
A partir des informations fournies par la présente invention sur la région du chromosome 3A définie ci- dessus et sur les QTL localisés dans cet'te région, l'homme du métier peut facilement identifier d'autres marqueurs moléculaires de cette région et de ces QTL, par des méthodes classiques, connues en elles-mêmes. A titre d'exemple, il est possible, à partir d'une banque BAC couvrant la zone d' intérêt du chromosome 3A, de définir quels sont les clones positifs, c'est-à-dire ceux pour lesquels les marqueurs gwm.5, g m068b, gwm369 et cfd79b s'hybrident. Chaque extrémité de clones BAC pourra alors être séquencée, générant ainsi de nouveaux marqueurs microsatellites ou SNP si leur polymorphisme est corrélé avec l'aptitude d'un blé à la panification.From the information provided by the present invention on the chromosome region 3A defined above and the QTL located in this' region you, those skilled in the art can readily identify other molecular markers in this region and these QTL , by conventional methods, known in themselves. For example, it is possible, from a BAC library covering the area of interest of chromosome 3A, to define which are the positive clones, that is to say those for which the markers gwm.5 , g m068b, gwm369 and cfd79b hybridize. Each end of BAC clones can then be sequenced, thus generating new microsatellite or SNP markers if their polymorphism is correlated with the aptitude of a wheat for bread-making.
Les marqueurs moléculaires de la région du chromosome 3A définie ci-dessus, et notamment les marqueurs gwm.5, gwm068b, gwm369 et cfd79b, sont utilisables pour évaluer le potentiel de valeur en panification d'un plant, d'une lignée ou d'une variété de blé, par détection d'un ou plusieurs des QTL associés à la valeur en panification présents dans cette région.The molecular markers of the region of chromosome 3A defined above, and in particular the markers gwm.5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, can be used to assess the potential for bread-making value of a plant, a line or a variety of wheat, by detection of one or more of the QTL associated with the bread-making value present in this region.
Des plants, lignées, ou variétés possédant au moins un QTL de valeur en panification améliorée ainsi détecté peuvent être utilisés 'comme source de matériel génétique pour améliorer la valeur en panification de plantes de qualité boulangère faible ou moyenne, par exemple par introgression dudit QTL dans lesdites plantes. Le suivi de cette introgression peut ensuite être assuré à l'aide des marqueurs moléculaires conformes à l'invention.Plants, lines, or varieties with at least one QTL improved breadmaking value thus detected can be used 'as a source of genetic material for improving the baking value of low or medium baking quality plants, for example by introgression of said QTL in said plants. The monitoring of this introgression can then be ensured using the molecular markers in accordance with the invention.
Dans le cadre de la mise en œuvre de la présente invention, on peut utiliser, selon les techniques connues en elles-mêmes de sélection assistée par marqueurs, un ou plusieurs marqueurs moléculaires de la région du chromosome 3A définie ci-dessus et des QTL localisés dans cette région, à différents stades de l'obtention de blés possédant une bonne qualité boulangère. L'association de marqueurs couvrant l'intégralité de cette région du chromosome 3A, tels que les marqueurs gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b, permet de suivre 1' introgression de plusieurs caractéristiques à la fois.In the context of the implementation of the present invention, it is possible to use, according to the techniques known per se for selection assisted by markers, one or more several molecular markers of the region of chromosome 3A defined above and of the QTLs located in this region, at different stages of obtaining wheats having a good baking quality. The combination of markers covering this entire region of chromosome 3A, such as the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, makes it possible to follow the introgression of several characteristics at the same time.
Par exemple, les marqueurs gwm5 et gwm.369, peuvent être utilisés, isolément ou, plus avantageusement, en combinaison, pour suivre l' introgression du QTL dans les croisements entre Renan et de nombreuses variétés, parmi lesquelles on peut citer, à tire d'exemples non-limitatifs, les variétés Alliage, Altria, Apache, Aztec, Balthazar, Baltimor, Efal, Forby, Isengrain, Lorraine, Oracle, Ornicar, Qualital, Récital, Soisson, Sponsor, pour lesquelles les marqueurs gwm5 et gwm369 sont tous deux polymorphes.For example, the markers gwm5 and gwm.369, can be used, singly or, more advantageously, in combination, to follow the introgression of QTL in the crosses between Renan and many varieties, among which we can cite, from non-limiting examples, the Alloy, Altria, Apache, Aztec, Balthazar, Baltimor, Efal, Forby, Isengrain, Lorraine, Oracle, Ornicar, Qualital, Récital, Soisson, Sponsor varieties, for which the markers gwm5 and gwm369 are both polymorphs.
La présente invention est utilisable en particulier chez Tri ticum aestivum, qui est la principale espèce utilisée en boulangerie. Toutefois, les marqueurs microsatellites gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b, étant spécifiques du génome des Triticaceae, ils peuvent également être transférés chez le blé diploïde Tri ticum monococcum, ou le blé tétraploïde Tri ticum durum . Notamment, le marqueur gwm5 peut être utilisé dans le cadre de l'amélioration de la teneur en protéines du grain qui est une caractéristique recherchée chez ces espèces.The present invention can be used in particular in Tri ticum aestivum, which is the main species used in baking. However, the microsatellite markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, being specific for the Triticaceae genome, they can also be transferred to diploid wheat Tri ticum monococcum, or tetraploid wheat Tri ticum durum. In particular, the marker gwm5 can be used in the context of improving the protein content of the grain which is a characteristic sought in these species.
La présente invention englobe également l'utilisation de sondes ou amorces polynucléotidiques permettant la détection des marqueurs moléculaires définis ci-dessus, et notamment des marqueurs gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b, dans le cadre des utilisations desdits marqueurs définies ci-dessus.The present invention also encompasses the use of polynucleotide probes or primers allowing the detection of the molecular markers defined above, and in particular the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b, in the context of the uses of said markers defined above.
La présente invention a également pour objet un kit de détection utilisable pour évaluer la valeur en panification d'un blé caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couples d'amorces permettant l'amplification de deux marqueurs différents choisis parmi gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b. De préférence, des kits conformes à l'invention comprennent trois couples d' amorces permettant l'amplification de trois des' marqueurs ci-dessus, et de manière particulièrement avantageuse, ils contiennent quatre couples d'amorces permettant l'amplification de quatre de ces marqueurs .The present invention also relates to a detection kit which can be used to evaluate the bread-making value of a wheat, characterized in that it comprises at least two pairs of primers allowing the amplification of two different markers chosen from gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b. Preferably, the kits conform to the invention comprise three pairs of primers for amplification of three of 'markers above, and particularly preferably, they contain four pairs of primers for amplification of four such markers.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à un exemple non-limitatif illustrant la mise en évidence de QTL de valeur en panification. EXEMPLE : I- MATERIEL ET METHODES :The present invention will be better understood with the aid of the additional description which follows, which refers to a non-limiting example illustrating the demonstration of QTL of value in breadmaking. EXAMPLE: I- MATERIAL AND METHODS:
Population utilisée :Population used:
Pour la cartographie, une population constituée de 194 lignées consanguines recombinantes F7 (RIL pour :For the mapping, a population made up of 194 recombinant F7 inbred lines (RIL for:
« recombinant inbred unes ») a été utilisée. Cette population a été obtenue à partir du croisement entre deux variétés de blé d'hiver européen : « Renan » et « Récital »."Recombinant inbred ones") was used. This population was obtained from the cross between two varieties of European winter wheat: "Renan" and "Récital".
La première se caractérise par une très bonne valeur boulangère, associée à une teneur en protéines élevée. La seconde se caractérise par une bonne qualité boulangère malgré une teneur en protéines relativement faible. Elles possèdent aussi toutes deux une dureté de grain importante.The first is characterized by a very good baking value, associated with a high protein content. The second is characterized by good baking quality despite a relatively low protein content. They also both have significant grain hardness.
Les RILs ont été semées en France en 1999 dans 6 environnements différents, à savoir Châlons en ChampagneThe RILs were sown in France in 1999 in 6 different environments, namely Châlons en Champagne
(CHAL) ,Clermont-Ferrand (CF) , Chartainvilliers (CVIL) , Le(CHAL), Clermont-Ferrand (CF), Chartainvilliers (CVIL), Le
Moulon (LM) , Mons (MO) et Rennes (RN) .Moulon (LM), Mons (MO) and Rennes (RN).
Construction de la carte génétique de la population Récital x Renan La carte de liaison génétique est construite en utilisant des marqueurs RFLP, AFLP et microsatellites.Construction of the genetic map of the Récital x Renan population The genetic linkage map is constructed using RFLP, AFLP and microsatellite markers.
L'analyse RFLP a été réalisée par marquage non radioactif (sonde froide) selon le protocole décrit par LU et al . {Agronomie, 14: 33-39, 1994). La technique de révélation des marqueurs microsatellites et des AFLP utilisée est une méthode non radioactive au nitrate d'argent, décrite par TIXIER et al . [ Journal of Genetics and Breeding, 51: 175-177, 1997) .The RFLP analysis was carried out by non-radioactive labeling (cold probe) according to the protocol described by LU et al. {Agronomy, 14: 33-39, 1994). The technique for revealing microsatellite markers and AFLPs used is a non-radioactive silver nitrate method, described by TIXIER et al. [Journal of Genetics and Breeding, 51: 175-177, 1997).
La carte génétique Renan x Récital (ReR) comporte actuellement 525 locus répartis sur 38 groupes de liaison couvrant un total de 2722,3 centiMorgans (cM) en distance génétique .The Renan x Récital (ReR) genetic map currently includes 525 loci distributed over 38 linkage groups covering a total of 2722.3 centiMorgans (cM) in genetic distance.
L' analyse des liaisons est effectuée en utilisant le logiciel Mapmaker/exp 3.06 (LANDER et al . , Genomics . , 121 : 185-199, 1987) . Les fréquences de recombinaison sont converties en distances en centiMorgans (cM) en utilisant la fonction de cartographie de KOSAMBI (KOSAMBI, Ann. Eugen., 12: 172-175, 1944). Les groupes de liaison sont attribués à des chromosomes, en utilisant les loci microsatellites, par comparaison avec les cartes de référence de Courtot X Chinese Spring et Synthetic X Opata décrites respectivement par CADALEN et al . { Théo . Appl . Genêt . , 94 : 367-377, 1997) et RÔDER et al . ( Genetics, 149 :2007-2023, 1998). Analyse des QTLThe analysis of the links is carried out using the Mapmaker / exp 3.06 software (LANDER et al., Genomics., 121: 185-199, 1987). The recombination frequencies are converted into distances in centiMorgans (cM) using the KOSAMBI mapping function (KOSAMBI, Ann. Eugen., 12: 172-175, 1944). The linking groups are assigned to chromosomes, using microsatellite loci, by comparison with the reference maps of Courtot X Chinese Spring and Synthetic X Opata described respectively by CADALEN et al. {Theo. Appl. Broom. , 94: 367-377, 1997) and RÔDER et al. (Genetics, 149: 2007-2023, 1998). QTL analysis
Dans une première étape, une analyse de variance (ANOVA) est réalisée pour chaque marqueur pris individuellement. Les marqueurs déclarés significatifs sont ensuite soumis à une étape de régression multiple pour déterminer le sous-ensemble de marqueurs qui restent significatifs ensemble. Le sous-ensemble de marqueurs ainsi défini est utilisé comme source de covariables dans l'étape suivante. La liste des chromosomes porteurs des QTL putatifs est établie d'après l' ANOVA au marqueur. La part du caractère expliquée par ces marqueurs est déterminée par le R2 du modèle de régression multiple. Pour chaque chromosome porteur d'un QTL putatif, la localisation et l'effet de ce QTL sont calculés par la méthode de « marker régression » (HYNE V. et KEARSEY M., Theor. Appl Genêt . , 91:471-476, 1995). Cette méthode consiste à réaliser un ajustement des moindres carrés entre les valeurs des effets observés aux marqueurs et les valeurs prédites compte tenu de la fréquence de recombinaison entre les marqueurs et le QTL. Analyse statistique :In a first step, an analysis of variance (ANOVA) is performed for each marker taken individually. The markers declared significant are then subjected to a multiple regression step to determine the subset of markers which remain significant together. The subset of markers thus defined is used as a source of covariates in the next step. The list of chromosomes carrying putative QTLs is established according to the marker ANOVA. The part of the trait explained by these markers is determined by the R 2 of the multiple regression model. For each chromosome carrying a putative QTL, the location and the effect of this QTL are calculated by the “marker regression” method (HYNE V. and KEARSEY M., Theor. Appl Genêt., 91: 471-476, 1995). This method consists in performing a least squares adjustment between the values of the effects observed at the markers and the predicted values taking into account the frequency of recombination between the markers and the QTL. Statistical analysis :
Toutes les analyses statistiques de caractères ont été réalisées en utilisant le programme SAS (SAS Institute Inc., 1991). Les coefficients de corrélation de Pearson entre les données phenotypiques ont été estimés en utilisant le programme software Splus (Splus guide to statistical and mathematical analyses, Mathsoft, Seattle, Wash, 1993) .All statistical character analyzes were performed using the SAS program (SAS Institute Inc., 1991). Pearson correlation coefficients between phenotypic data were estimated using the software program Splus (Splus guide to statistical and mathematical analyzes, Mathsoft, Seattle, Wash, 1993).
Paramètres d' aptitude à la panification : Mesure de la qualité rhéologique de la pâte :Parameters of bread-making capacity: Measurement of the rheological quality of the dough:
Les caractéristiques rhéologiques des pâtes sont testées au moyen de l' alvéographe de Chopin (norme ISO 5530-4) .The rheological characteristics of the pastes are tested using the Chopin alveograph (ISO standard 5530-4).
Mesure de la dureté du grain : Deux méthodes différentes ont été utilisées :Grain hardness measurement: Two different methods were used:
La dureté a été évaluée sur farine par analyse dans le proche infrarouge (NIR) à l'aide d'un Infra atic 8100. Cette méthode est normalisée par l'AACC (American Association of Cereal Chemists) sous la référence 39-70A. L'étalonnage de l'appareil est réalisé d'après les données issues du laboratoire de l'ITCF (Institut Technique des Céréales et Fourrages) qui sert de référence en France.The hardness was evaluated on flour by analysis in the near infrared (NIR) using an Infra atic 8100. This method is standardized by the AACC (American Association of Cereal Chemists) under the reference 39-70A. The device is calibrated according to data from the ITCF laboratory (Technical Institute of Cereals and Fourrages) which is used as a reference in France.
La dureté du grain a également été mesurée selon le protocole 55-31 de l'AACC, à l'aide de l'appareil SKCS 4100 (SKCS : Singel-Kernel Characterization System, GAINES et al . , Cereal . Chem . , 73 : 278-283, 1996) commercialisé par la société PERTEN INSTRUMENTS. Cet appareil mesure l'énergie nécessaire pour broyer un grain ; une moyenne sur un échantillon de 300 grains est établie. Mesure du taux de protéines de grain :The grain hardness was also measured according to AACC protocol 55-31, using the SKCS 4100 device (SKCS: Singel-Kernel Characterization System, GAINES et al., Cereal. Chem., 73: 278-283, 1996) sold by the company PERTEN INSTRUMENTS. This device measures the energy required to grind a grain; an average over a sample of 300 grains is established. Grain protein level measurement:
La méthode choisie pour la mesure du taux de protéines dans le grain est la méthode par analyse infrarouge du grain entier normalisée par l'AACC (méthode 39-25) .The method chosen for measuring the protein level in the grain is the method by infrared analysis of the whole grain standardized by the AACC (method 39-25).
Mesure de la valeur en panification : Le test final de panification utilisé dans cette méthode est le test normalisé dit « BIPEA » (NF V03-716) . Quatre échantillons sont traités simultanément, en même temps qu'un témoin qui est repris à chaque analyse et qui sert de référence . II- RESULTATS :Measurement of the bread-making value: The final bread-making test used in this method is the standardized test called "BIPEA" (NF V03-716). Four samples are processed simultaneously, at the same time as a control which is taken up for each analysis and which serves as a reference. II- RESULTS:
Un ensemble de QTL associés à l'aptitude à la panification a été détecté sur le chromosome 3A.A set of QTLs associated with bread-making ability has been detected on chromosome 3A.
La Figure 1 en annexe représente la position de ces QTL sur le chromosome, et leurs caractéristiques.Figure 1 in the appendix represents the position of these QTLs on the chromosome, and their characteristics.
Légende de la Figure 1 :Figure 1 legend:
Les traits verticaux représentent l'intervalle de confiance du QTL (lorsque celui-ci a été détecté dans plusieurs environnements, seul l'intervalle le plus court est représenté) . Les nombres entre parenthèses en regard de ces traits représentent, pour le premier d'entre eux le nombre d' environnements où le QTL a été détecté et pour le second la valeur la plus élevée de R pour ce caractère. GPC : taux de protéines du grain HNIR '• dureté du grain W : force de la pâte olpain : volume du pain (test BIPEA) Notepain : Note de pain (test BIPEA) NotePâte : note de pâte (test BIPEA) Notetotaie : note totale (test BIPEA) Détection de QTL de teneur en protéines du grain :The vertical lines represent the confidence interval of the QTL (when it has been detected in several environments, only the shortest interval is represented). The numbers in parentheses next to these traits represent, for the first of them the number of environments where the QTL has been detected and for the second the highest value of R for this character. GPC: grain H protein levels NIR '• grain hardness W: dough strength ol pa i n: bread volume (test BIPEA) Note pa in: bread note (test BIPEA) Note P ATE: note paste (BIPEA test) Note to tai e : total score (BIPEA test) QTL detection of grain protein content:
Le tableau I ci-après résume les résultats de teneur en protéines du grain obtenus pour les RILs et les lignées parentales au niveau de chaque environnement.Table I below summarizes the grain protein content results obtained for the RILs and the parental lines in each environment.
Tableau ITable I
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Les résultats obtenus montrent que les deux lignées parentales présentent des valeurs de teneurs en protéines du grain très différentes. Le fait que les lignées recombinantes présentent des valeurs moyennes proches de celles des lignées parentales suggère l'existence d'effets épistatiques faibles. En revanche, la variation en terme de teneur en protéines du grain est plus importante chez les RILs que chez les lignées parentales. Ainsi, la différence entre les lignées présentant les teneurs en protéines de grain les plus élevées et celles présentant les teneurs les plus faibles est environ le double de celle existant entre les variétés Renan et Récital. Ces résultats suggèrent que des allèles favorables sont portés par les deux parents.The results obtained show that the two parental lines have very different grain protein content values. The fact that the bloodlines recombinant show average values close to those of the parental lines suggests the existence of weak epistatic effects. On the other hand, the variation in terms of protein content of the grain is greater in the RILs than in the parental lines. Thus, the difference between the lines with the highest grain protein contents and those with the lowest content is about double that between the Renan and Récital varieties. These results suggest that favorable alleles are carried by both parents.
L'analyse des QTL de teneur en protéines du grain a permis de détecter 4 QTL stables (c'est à dire détectés dans au moins 4 environnements sur 6) . Ces QTL sont présents sur les chromosomes 2A, 3A, 4D et 7D. Chacun de ces QTL permet d'expliquer environ 10% de la variation phénotypique associé à la teneur en protéines du grain. Le QTL de teneur en protéines du grain associé au chromosome 3A est détecté dans les 6 environnements, et l' allèle favorable de ce QTL est fourni par la lignée Renan. La valeur de R2 varie de 4,1 à 8,3 selon l'environnement testé.Analysis of grain protein QTLs detected 4 stable QTLs (i.e. detected in at least 4 out of 6 environments). These QTLs are present on chromosomes 2A, 3A, 4D and 7D. Each of these QTLs explains about 10% of the phenotypic variation associated with the protein content of the grain. The grain protein QTL associated with chromosome 3A is detected in the 6 environments, and the favorable allele of this QTL is provided by the Renan line. The value of R 2 varies from 4.1 to 8.3 depending on the environment tested.
Détection de QTL de dureté du grain :Grain hardness QTL detection:
Les différences de dureté entre les blés « hard » et « soft » sont contrôlées majoritairement par le gène Ha (SYMES, 1965, précité) . Cependant, ce gène ne permet pas d'expliquer la totalité de la variation phénotypique associée à la dureté du grain. Dans cette étude, les deux cultivars utilisés présentent un même allèle du gène Ha. Toute variation de dureté est donc indépendante de ce gène, et est associée à des gènes associés potentiellement aux variations mineures de la dureté du grain.The differences in hardness between "hard" and "soft" wheats are mainly controlled by the Ha gene (SYMES, 1965, cited above). However, this gene does not explain all of the phenotypic variation associated with the hardness of the grain. In this study, the two cultivars used have the same allele of the Ha gene. Any variation in hardness is therefore independent of this gene, and is associated with genes potentially associated with minor variations in the hardness of the grain.
La dureté, déterminée selon les deux méthodologies différentes (NIR et SKCS) décrites dans les exemples, a été analysée dans trois environnements (CF, CH et RN) . Quelle que soit la méthode utilisée, le cultivar Renan présente les valeurs de dureté les plus élevées. Ces analyses mettent chacune en évidence 7 QTL associés à la dureté du grain. Cinq d'entre eux sont détectés par les deux méthodes, aussi bien par la méthode NIR que SKCS, et expliquent de 29 à 37% environ de la variation phénotypique de la dureté. Les résultats pour la dureté évaluée par NIR et SKCS sont présentés dans le tableau II. La Figure 1 illustre les résultats pour la dureté évaluée par NIR.The hardness, determined according to the two different methodologies (NIR and SKCS) described in the examples, was analyzed in three environments (CF, CH and RN). Whichever method is used, the Renan cultivar has the highest hardness values. These analyzes each highlight 7 QTLs associated with the hardness of the grain. Five of them are detected by both methods, both by the NIR method and by SKCS, and account for approximately 29 to 37% of the phenotypic variation in hardness. The results for the hardness evaluated by NIR and SKCS are presented in Table II. Figure 1 illustrates the results for the hardness evaluated by NIR.
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Détection de QTL associés à la force de la pâte (W) :Detection of QTL associated with the strength of the dough (W):
Ce caractère a été analysé dans trois environnements (CF, CH et RN) . 11 marqueurs liés à la force de la pâte ont été identifiés.This character was analyzed in three environments (CF, CH and RN). 11 markers linked to the strength of the paste were identified.
Ces marqueurs permettent d' expliquer ensemble de 24 à 46% environ de la variation phénotypique associée à la force de la pâte.These markers together explain around 24 to 46% of the phenotypic variation associated with the strength of the dough.
Seul un QTL, localisé sur le chromosome 3A apparaît dans les 3 environnements étudiés avec un R2 maximum de 10,8.Only a QTL, located on chromosome 3A, appears in the 3 environments studied with a maximum R 2 of 10.8.
Dans ce croisement, une relation significative a pu être mise en évidence entre GPC et W. Le QTL localisé sur le chromosome 3A pour GPC colocalise avec celui associé à W. Cette corrélation entre W et GPC peut résulter de l'effet d'un gène influençant ces deux traits, ou de celui de plusieurs gènes intimement liés.In this crossover, a significant relationship could be demonstrated between GPC and W. The QTL located on chromosome 3A for GPC colocalizes with that associated with W. This correlation between W and GPC may result from the effect of a gene influencing these two traits, or that of several closely related genes.
Détection de QTL associés au volume du pain (Volpain) :Detection of QTL associated with bread volume ( Bread vol):
Ce caractère a été analysé dans les trois environnements CF, CH et R . Un QTL, localisé sur le chromosome 3A est détecté dans ces 3 environnements avec un R2 maximum de 4,6.This character was analyzed in the three environments CF, CH and R. A QTL, located on chromosome 3A is detected in these 3 environments with a maximum R 2 of 4.6.
Détection de QTL associés à la note de pain (Notepain) :Detection of QTL associated with the bread note (Note pa i n ):
Ce caractère a été analysé dans les trois environnements CF, CH et RN .This character was analyzed in the three environments CF, CH and RN.
La note de pain montre une gamme de variations très large au sein de la descendance. Pour cette note, Renan et Récital sont relativement contrastés, Renan possédant des caractéristiques plus favorables que Récital. La population présente de nombreuses lignées transgressives de part et d'autres des valeurs des deux parents. Cette note présente une distribution d'aspect bimodal, ce qui pourrait laisser supposer l'existence d'un gène majeur expliquant une part importante de la variabilité de cette note. Un QTL a été détecté sur le chromosome 3A dans 2 environnements distincts, avec un R2 maximum de 7,9. Détection de QTL associés à la note de pâte (Notepâte) :The bread note shows a very wide range of variations within the descendants. For this note, Renan and Récital are relatively contrasting, Renan having more favorable characteristics than Récital. The population presents many transgressive lines on the part and others values of both parents. This note presents a bimodal aspect distribution, which could suggest the existence of a major gene explaining a large part of the variability of this note. A QTL was detected on chromosome 3A in 2 separate environments, with a maximum R 2 of 7.9. Detection of QTL associated with the dough note ( Dough note):
Ce caractère a été analysé dans les trois environnements CF, CH et RN. Un QTL a été détecté sur le chromosome 3A dans un de ces environnements, avec un R2 maximum de 5,3.This character was analyzed in the three environments CF, CH and RN. A QTL was detected on chromosome 3A in one of these environments, with a maximum R 2 of 5.3.
Détection de QTL associés à la note totale (Notetotaie) :Detection of QTL associated with the total score (Note to pillowcase):
Ce caractère a été analysé dans les environnements CF, CH et RN. Un QTL a été détecté sur le chromosome 3A dans les 3 environnements, avec un R2 maximum de 9,3. This character has been analyzed in the CF, CH and RN environments. A QTL was detected on chromosome 3A in the 3 environments, with a maximum R 2 of 9.3.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé pour évaluer la qualité boulangère d'un blé, caractérisé en ce qu'il comprend la détection de la présence ou de l'absence dans du matériel biologique provenant dudit blé, d'un allèle, d'au moins un marqueur moléculaire de la région du chromosome 3A bordée par les marqueurs cfd079b et gwm68b, ledit allèle étant associé à une qualité boulangère élevée.1) Method for evaluating the baking quality of a wheat, characterized in that it comprises the detection of the presence or absence in biological material originating from said wheat, of an allele, of at least one molecular marker of the region of chromosome 3A bordered by the markers cfd079b and gwm68b, said allele being associated with a high baking quality.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le (s) dit (s) marqueur (s) moléculaire (s) comprennent un ou plusieurs marqueur (s) microsatellite (s) .2) Method according to claim 1, characterized in that the (s) said (s) marker (s) molecular (s) comprise one or more marker (s) microsatellite (s).
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le (s) dit (s) marqueur (s) microsatellite (s) est (sont) choisi (s) parmi les marqueurs gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b.3) Method according to claim 2, characterized in that the (s) said (s) marker (s) microsatellite (s) is (are) chosen (s) from the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b.
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on utilise une combinaison d'au moins 2 des marqueurs gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b.4) Method according to claim 3, characterized in that a combination of at least 2 of the markers gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b is used.
5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on utilise une combinaison des 4 marqueurs gwm.5, gwm068b, gwm369 et cfd79b.5) Method according to claim 4, characterized in that a combination of the 4 markers gwm.5, gwm068b, gwm369 and cfd79b is used.
6) Utilisation d'un ou plusieurs marqueurs moléculaires de la région du chromosome 3A bordée par les marqueurs cfd079b et gwmδδb, pour l'évaluation de la qualité boulangère de plants, lignées, ou variétés de blés.6) Use of one or more molecular markers of the region of chromosome 3A bordered by the markers cfd079b and gwmδδb, for the evaluation of the baking quality of plants, lines, or varieties of wheat.
7) Utilisation d'un ou plusieurs marqueurs moléculaires de la région du chromosome 3A bordée par les marqueurs cfd079b et gwm68b, pour le suivi de l' introgression d'au moins un QTL de valeur en panification porté par ladite région chromosomique dans une lignée ou variété de blé.7) Use of one or more molecular markers of the region of chromosome 3A bordered by the markers cfd079b and gwm68b, for monitoring the introgression of at least one QTL of value in bread-making carried by said chromosomal region in a line or variety of wheat.
8) Kit de détection utilisable pour évaluer la valeur en panification d'un blé caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux couples d' amorces permettant l'amplification de deux marqueurs différents choisis parmi gwm5, gwm068b, gwm369 et cfd79b. 8) Detection kit which can be used to evaluate the bread-making value of a wheat, characterized in that it comprises at least two pairs of primers allowing the amplification of two different markers chosen from gwm5, gwm068b, gwm369 and cfd79b.
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