Development of EST-derived simple sequence repeat markers for wheat leaf rust fungus, Puccinia triticina Eriks

Abstract

Gene-associated simple sequence repeat (SSR) markers were developed for Puccinia triticina through the data mining of existing EST libraries. Analysis of 7134 expressed sequence tags (ESTs) from cDNA libraries of P. triticina detected 204 EST-SSRs with a minimum of 12 repeating nucleotides. The majority of EST-SSRs contained short di- or tri-nucleotide repeats. These EST-SSRs were evaluated on 35 P. triticina isolates collected in Canada and 21 EST-SSRs were polymorphic and informative in determining intraspecific genetic diversity. A comparison of virulence and EST-SSR genotypes showed a strong correlation between virulence to Lr2a, Lr2c and Lr17a and EST-SSRs genotypes. The differentiation of the P. triticina population based on EST-SSR genotypes was comparable to that obtained with genomic SSRs, despite differences between two types of SSR markers. Eight of the 21 EST-SSRs produced the cross amplification in Puccinia coronata and Puccinia graminis, suggesting that EST-SSRs are more applicable than genomic SSRs for interspecific analysis. In summary, our study suggests that the data mining of EST databases is a feasible way to generate informative molecular markers for genetic studies of P. triticina.

Résumé: Des marqueurs microsatellites (SSR) associés à des gènes ont été conçus pour Puccinia triticina à partir l'exploration de données contenues dans des banques d'étiquettes de séquences exprimées (EST). L'analyse de 7134 EST issues de banques d'ADNc de P. triticina ont permis de détecter 204 EST-SSR avec un minimum de 12 répétitions de nucléotides. La majorité des EST-SSR contenaient de courtes répétitions di- ou tri-nucléotidiques. Ces EST-SSR ont été évaluées sur 35 isolats de P. triticina collectés au Canada. Parmi celles-ci, 21 étaient polymorphiques et ont fourni de l'information servant à établir la diversité génétique intraspécifique. Une comparaison de la virulence et des génotypes EST-SSR a montré une forte corrélation entre la virulence à l'égard de Lr2a, Lr2c et Lr17a ainsi qu'à l'égard des génotypes EST-SSR. La différenciation de la population de P. triticina, basée sur les génotypes EST-SSR, était comparable à celle obtenue avec les SSR génomiques, malgré les différences entre les deux types de marqueurs. Huit des 21 EST-SSR ont engendré la transférabilité chez Puccinia coronata et Puccinia graminis, ce qui suggère que les EST-SSR sont plus adaptables à l'analyse interspécifique que les SSR génomiques. En résumé, notre étude suggère que l'exploration de données des banques d'EST permet de générer des marqueurs moléculaires informatifs pour les études génétiques portant sur P. triticina.

Keywords:

• population genetics
• Puccinia triticina
• simple sequence repeat
• virulence

Mots clés:

• génétique des populations
• marqueurs microsatellites
• Puccinia triticina
• virulence

Acknowledgements

The work described in this study was supported by Agriculture and Agri-Food Canada ‘Canadian Crop Genomics Initiative’ fund. The author is the recipient of a NSERC Visiting Fellowship in Government Laboratories. The author thanks Dr. Sylvie Cloutier for scientific advice and Travis Bank for the assistance with computer software.