Linkage disequilibrium and association mapping in elite germplasm of European maize

In der Pflanzengenetik ist die Kopplungsanalyse das Standardwerkzeug\num Genloci zu identifizieren, die für quantitative Merkmale kodieren (QTL).\nEin alternativer und vielversprechender Ansatz, der in der Humangenetik\nbereits erfolgreich dazu eingesetzt wurde, um QTL für Mukoviszidose und\nAlzheimer-Krankheit aufzufinden, ist die Assoziationskartierung. In der vorliegenden Arbeit werden die Anwendbarkeit von Assoziationskartierungsmethoden\nzum Auffinden von QTL in Maiselitezüchtungsmaterial untersucht sowie für diesen Zweck geeignete biometrische Methoden entwickelt. Ob Assoziationskartierungsansätze auch in Pflanzenzüchtungspopulationen\nzum Auffinden von QTL eingesetzt werden können, hängt vom Ausmaß des Gametenphasenungleichgewichtes (GPU) in der interessierenden Population\nab. Des weiteren wird die Anwendbarkeit von Assoziationskartierungsmethoden\nvon den Kräften beeinflußt, die in der betreffenden Population GPU verursachen und aufrechterhalten. Die Ziele unserer Studien waren (i) die Erfassung des Ausmaßes und der genomweiten Verteilung des GPU zwischen Mikrosatelliten (SSR) Markern, (ii) der Vergleich dieser Ergebnisse mit denjenigen für Amplifizierte-Fragment-Längen-Polymorphismus (AFLP) Markern sowie (iii) die Untersuchung von Kraften, die in Maiselitezüchtungsmaterial GPU verursachen und aufrechterhalten. Unsere Studien basierten sowohl auf experimentellen Daten von europäischen Maiseliteinzuchtlinien als auch auf Computersimulationen.\nUnsere Ergebnisse legen nahe, dass in europäischem Maiselitezüchtungsmaterial\ndas Ausmaß an GPU sowohl zwischen SSR Markern als auch zwischen AFLP Markern ausreichend ist, um mit Hilfe der Assoziationskartierung genomweit QTL auffinden zu können. Da die Güte von SSR Markern GPU aufzufinden höher ist als diejenige von AFLP Markern, sind in Populationen mit kurzer Rekombinationsgeschichte SSR Marker geeigneter für Assoziationskartierungen als AFLP Marker. In Populationen mit langer Rekombinationsgeschichte, für die kein signifikantes GPU zwischen SSR\nMarkern zu erwarten ist, sind AFLP Marker geeigneter für Assoziationskartierungen, da in diesem Fall ihre mit gleichem finanziellem Aufwand erzeugte höhere Markerdichte genutzt werden kann. Die Ergebnisse unserer\nexperimentellen Untersuchungen und Simulationsstudien deuten darauf hin, dass in Pflanzenzüchtungspopulationen nicht nur physikalische Kopplung eine Ursache für GPU ist, sondern auch Verwandschaft, Populationsstratifizierung, genetische Drift und Selektion.\nDer Assoziationstest, der bislang in der Pflanzengenetik eingesetzt wurde,\nist der ?logistic regression ratio test? (LRRT). Dieser Test korrigiert allerdings nur für GPU, das durch Populationsstratifizierung verursacht wird.\nAus diesem Grund wird erwartet, dass der LRRT das alpha-Niveau nicht einhält,\nwenn er zur Assoziationskartierung in Populationen eingesetzt wird, in denen\nGPU vorhanden ist, das durch Verwandschaft, genetische Drift oder Selektion\nverursacht wird. Die Ziele unserer Studie waren (i) den ?quantitative pedigree disequilibrium test? so zu modifizieren, dass er zur Assoziationskartierung\nin Pflanzenzüchtungspopulationen eingesetzt werden kann und (ii) den neuentwickelten Test (QIPDT) hinsichtlich seiner Güte und Typ I Fehlerrate bei der Detektion von QTL zu untersuchen und mit dem bislang eingesetzten LRRT zu vergleichen. Diese Studie basierte auf Computersimulationen. Wir beobachteten für den QIPDT eine höhere Güte, QTL aufzufinden, als für den LRRT, wenn Daten verwendet wurden, die routinemäßig in Pflanzenzüchtungsprogrammen erhoben wurden. Im Gegensatz zum LRRT hielt der QIPDT stets das alpha-Niveau ein. Diese Ergebnisse belegen, dass der QIPDT zur genomweiten Assoziationskartierung mit Daten, die routinemäßig in Pflanzenzüchtungsprogrammen erhoben werden, geeigneter ist als der LRRT.\nEpistatische Interaktionen zwischen QTL tragen wesentlich zur genetischen\nVariation komplexer Merkmale bei. Die Ziele unserer Studie waren (i)\nPopulationen rekombinanter Inzuchtlinien (RIL), die von einem geschachtelten\nKreuzungsschema abgeleitet wurden, hinsichtlich ihrer Güte und Rate an falsch Positiven beim Auffinden epistatischer Interaktionen zwischen drei Loci, zu untersuchen und (ii) diese Ergebnisse mit jenen zu vergleichen, die beobachtet werden, wenn RIL von vollständigen oder unvollständigen Kreuzungsdiallelen abgeleitet wurden. Die Computersimulationen dieser Studie basierten auf Haplotypdaten von 26 Maisinzuchtlinien.\nSowohl die Güte als auch die Rate an falsch Positiven beim Auffinden von\nepistatischen Interaktionen zwischen drei Loci waren für 5000 RIL, die von\neinem geschachtelten Kreuzungsschema abgeleitet wurden, auf einem Niveau,\ndas vielversprechend für deren Detektion ist. Für RIL, die von optimal\nallozierten distanz-basierten Kreuzungsschemata abgeleitet wurden, wurde\neine höhere Güte, epistatische Interaktionen zwischen drei Loci aufzufinden,\nbeobachtet, als für die gleiche Anzahl an RIL, die von einem geschachtelten\nKreuzungsschema oder Kreuzungsdiallelen abgeleitet wurden.\nUnsere Ergebnisse belegen, dass Assoziationskartierungsmethoden, die an\ndie Besonderheiten von Pflanzenzüchtungspopulationen angepasst sind, in\ndiesen erfolgreich zum Auffinden von QTL eingesetzt werden können.\n