A new version of this entry is available:
Loading...
Doctoral Thesis
2018
Improvement of breeding strategies for the trait vase life in cut carnations (Dianthus caryophyllus L.)
Improvement of breeding strategies for the trait vase life in cut carnations (Dianthus caryophyllus L.)
Boxriker, Maike
Abstract (English)
Carnation (Dianthus caryophyllus L.) is one of the ten most famous cut flowers worldwide. A single big flower characterizes standard carnations, while mini car-nations possess multiple flowers per stem. Vase life (VL) is one of the most im-portant breeding objectives in carnations due to the need of long transportation times and direct influence on the costumers. But VL is a complex trait with several effects influencing it. Two-phase traits like VL are traits where the assessment is done in a second phase, in the laboratory and the plants are cultivated in the greenhouse, the first phase. Many experiments have a two-phase character, but little research has been conducted to develop experimental designs in the second phase. To improve breeding efficiency, molecular markers and genomic selection is used in agriculture science but it is so far not common in ornamental breeding. The goal of this thesis was the implementation of SNP-based molecular markers for the trait VL to improve selection of long-lasting, transportable cut carnations.
For marker association, 1,500 carnation genotypes were screened for VL behav-ior in an experimental design in both phases. Response to selection was used to assess efficiency. The second-phase experimental design was more important for precise data analyses. This highlights the research need on this topic. Fur-thermore, it was possible to suggest row-column designs for VL trials. Row-column designs are more flexible in the case of positional effects compared with one-dimensional blocking and can be easily analyzed like an α-design. The easiest way to design the following phases are to apply the design one-to-one.
The carnation types, mini and standard, showed an influence on VL. The mini carnations last 0.5 d longer than the standard carnations. The same conclusion was drawn based on the molecular data. Transcriptome data was generated with two different sequencing methods. By independent analysis of both carnation types, different results than via the analysis of the whole data set were found. This indicates that the analysis of carnations should be done separately for each carnation type. Association of the phenotypic and genotypic data was so far not possible. As an alternative to molecular markers, genetic correlations for the use as indirect selection for the trait VL and others for breeding relevant traits was calculated. For the first time, bivariate analysis was conducted in two-phase ex-periments. The genotypic correlation between VL and FD was high, but indirect selection would be less effective than direct selection. However, the information can provide an indication of the performance and the effort to measure FD is small. The calculated high heritability of VL and found differences in VL of up to 15 d between the best and worst genotypes showed the potential of improving the population mean by using improved selection strategies like marker-assisted selection or auxiliary traits and the use of statistical methods like experimental designs in all phases of the experiment.
The influence of carnation type was shown with this thesis and indicates that the implementation of molecular markers must be done independently for each car-nation type. The importance of experimental designs in multi-phase experiments was highlighted and statistical analysis by mixed models and a bivariate analysis of different traits was performed. Until now, no molecular marker for VL was identified but in a further research project, this will be solved by generating more genotypic data and the construction of a genetic map.
Abstract (German)
Nelken (Dianthus caryophyllus L.) gehören zu den zehn wichtigsten Schnittpflanzen weltweit. Standardnelken sind durch eine große Blüte charakte-risiert, während Mininelken mehrere kleine Blüten je Stiel haben. Eins der wichtigsten Zuchtziele ist die Vasenhaltbarkeit (VL), da Nelken weite Transport-wege haben und die Haltbarkeit die Wiederkaufbereitschaft direkt beeinflusst. Allerdings ist die VL ein komplexes Merkmal, das durch viele Bedingungen be-einflusst werden kann. Zweiphasige Merkmale wie die VL zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einer zweiten Phase des Experiments gemessen werden, während die Pflanzen in der ersten Phase im Gewächshaus kultiviert werden. Viele Versuche sind zweiphasig, jedoch wird wenig Forschung betrieben, um effiziente experimentelle Designs für die zweite Phase zu entwerfen. Im Bereich der Agrarwissenschaften werden molekulare Marker und die genomische Selektion zur Erhöhung der Züchtungseffizienz verwendet. In der Zierpflanzen-züchtung findet dies jedoch noch kaum Anwendung. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung SNP-basierter, molekularer Marker für das Merkmal VL, um die Selektionseffizienz von lang haltbaren und gut transportierbaren Schnittnelken zu verbessern.
Zur Generierung einer Datengrundlage zur Markerassoziation wurden insgesamt 1.500 Nelkengenotypen auf Vasenhaltbarkeit phänotypisiert, wobei das experimentelle Design sowohl in der ersten als auch der zweiten Phase angelegt wurde. Der Selektionserfolg wurde verwendet, um die Effizienz bewerten zu können. Es konnte gezeigt werden, dass das Design in der zweiten Phase einen höheren Einfluss auf die Effizienz hat, wodurch der Forschungsbedarf in diesem Themengebiet bestätigt wurde. Zudem konnte gezeigt werden, dass Zeilen-Spalten Pläne für VL-Versuche am besten geeignet sind. Ein Zeilen-Spalten Plan ist verglichen mit einem eindimensional geblocktem α-Design flexibler gestaltbar im Fall von Positionseffekten und kann auch einfach zu einem effizientem α-Design umgewandelt werden. Der einfachste Weg die zweite Phase zu gestalten ist die Übertragung des Designs aus der ersten Phase.
Der Nelkentyp, Mini- oder Standardnelken, zeigte einen Einfluss auf die VL: Die Mininelken waren bis zu 0,5 d länger haltbar als die Standardnelken. Bei der Analyse der molekularen Daten konnten ebenfalls Unterschiede zwischen den Nelkentypen festgestellt werden. Transkriptomdaten wurden mit zwei verschiedenen Methoden erzeugt. Bei einer getrennten Analyse beider Nelken-typen wurden andere Ergebnisse erreicht als bei der kombinierten Analyse des gesamten Datensatzes. Daraus lässt sich folgern, dass die Analysen für jeden Nelkentyp einzeln durchgeführt werden muss. Assoziationen zwischen den phäno¬typischen und genotypischen Daten konnten bisher nicht gefunden werden. Als Alternative zu molekularen Markern wurden genetische Korrelationen zur Nutzung als indirekte Selektion des Merkmals VL und anderen für die Züchtung relevanten Merkmalen berechnet. Zum ersten Mal wurde eine bivariate Analyse in einem zweiphasigen Experiment angewendet. Die genetische Korrelation zwischen der VL und dem Blütendurchmesser ist relativ hoch, allerdings konnte gezeigt werden, dass eine indirekte Selektion weniger effizient wäre. Die genetische Korrelation kann jedoch als Vorinformation dienen, da der Blütendurchmesser deutlich einfacher gemessen werden kann im Ver-gleich zur VL. Die errechnete hohe Heritabilität und die Differenz zwischen dem besten und dem schlechtesten Genotypen von einer VL bis zu 15 d macht deutlich, dass das Populationsmittel erhöht werden kann durch verbesserte Selektions¬strategien wie die markergestützte Selektion, durch korrelierte Merk-male und die Verwendung von statistischen Methoden wie experimentellen Designs in allen Phasen des Experiments.
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass der Nelkentyp einen großen Einfluss auf die Daten hat und die Entwicklung molekularer Marker für jeden Nelkentyp einzeln durchgeführt werden sollte. Die Wichtigkeit experimenteller Designs in mehrphasigen Experimenten wurde hervorgehoben und die statistische Auswertung zweiphasiger Designs in einem gemischten Modell sowie die biva¬riate Analyse verschiedener Merkmale wurde durchgeführt. Bisher konnte kein molekularer Marker für die VL assoziiert werden, allerdings soll dies in einem Nachfolgeprojekt anhand weiterer genotypischen Daten und der Erstellung einer genetischen Karte erreicht werden.
File is subject to an embargo until
This is a correction to:
A correction to this entry is available:
This is a new version of:
Notes
Publication license
Publication series
Published in
Faculty
Faculty of Agricultural Sciences
Institute
Institute of Crop Science
Examination date
2018-10-07
Supervisor
Edition / version
Citation
Identification
DOI
ISSN
ISBN
Language
English
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
Original object
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Boxriker2018,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6346},
author = {Boxriker, Maike},
title = {Improvement of breeding strategies for the trait vase life in cut carnations (Dianthus caryophyllus L.)},
year = {2018},
school = {Universität Hohenheim},
}