Identification of S-genotypes in almond progenies by NEPHGE and PCR

Abstract

Almond (P. amygdalus Batsch) shows a gametophytic self-incompatibility system controlled by a multiallelic locus, known as the locus S. Self-compatibility has been related to Sf allele presence and this trait has become a priority in the main almond breeding programs and the search for new cultivars is focused on the evaluation of desirable traits in autogamous seedlings. Traditionally, self-compatibility has been assessed in almond by laborious and time consuming methods, such as determination of fruit set in bagged branches or microscopic observation of pollen tube growth after self-pollination in laboratory conditions. Recently, molecular methods have been developed to assess the S-genotype, such as the identification of stylar S-RNases by NEPHGE (non equilibrium pH gradient electro focusing) and the use of conserved and specific PCR primers for the amplification of fragments from the different S alleles. In this research we applied these molecular methods for the S-genotype assessment in two almond breeding progenies, from the crosses of the self-compatible elite selection 'G-2-25' (S11Sf) of the CITA, as female parent, with two self-incompatible cultivars, 'Desmayo Largueta' (S1S25) and 'Marcona' (S11S12), as male parents. Although no discrepancies were found between the two methods, PCR was more suitable than NEPHGE for S-genotype assessment. PCR is easier to optimize, cheaper, more precise and reliable. It is also possible to assess the genotype sooner than with NEPHGE, as flowers are not required for the determination, allowing an earlier elimination of the seedlings. In the 'G-2-25' (S11Sf) x 'Marcona' (S11S12) progeny, the ratio of genotypes was 42% S11S12 and 58% SfS12, approaching the Mendelian laws of transmission in spite of the slightly higher proportion of self-compatible seedlings. In the other family, 'G-2-25' (S11Sf) x 'Desmayo Largueta' (S1S25), four S-genotypes are possible, but the ratios obtained were 21% S1S11, 53% S1Sf, 0% S11S25, and 26% SfS25. These results showed that pollen carrying the S25 allele had only a 26% fertilization success as compared to 73 of pollen carrying the S1 allele. The absence of S11S25 seedlings may imply the expression of a homozygous lethal trait in these zygotes and the distortion of the Mendelian ratios

L’amandier (P. amygdalus Batsch) montre un système d’auto-incompatibilité gamétophytique contrôlé par un locus multiallélique, connu comme locus S. L’auto-compatibilité a été reliée à la présence de l’allèle Sf et cette caractéristique est devenue une priorité pour les principaux programmes d’amélioration de l’amandier, et ainsi la recherche de nouveaux cultivars se focalise sur l’évaluation des caractères désirables pour les plants autogames. Traditionnellement, l’auto-compatibilité a été évaluée chez les amandiers par des méthodes laborieuses et prenant beaucoup de temps, telles que la détermination de la nouaison pour les branches ensachées ou l’observation microscopique de la croissance des tubes de pollen après auto-pollinisation en conditions de laboratoire. Récemment, des méthodes moléculaires ont été développées pour évaluer le génotype-S, telles que l’identification de S-RNases stylaires par NEPHGE (non equilibrium pH gradient electro-focusing) et l’utilisation d’amorces PCR conservées et spécifiques pour l’amplification de fragments provenant de différents allèles-S. Pour cette recherche nous avons appliqué ces méthodes moléculaires pour l’évaluation du génotype-S chez les descendances améliorées de deux amandiers, à partir des croisements d’une sélection d’élite auto-compatible 'G-2-25' (S11Sf) du CITA, comme parent femelle, avec deux cultivars auto-incompatibles, 'Desmayo Largueta' (S1S25) et 'Marcona' (S11S12), comme parents mâles. Bien que l’on n’ait pas trouvé de divergences entre les deux méthodes, la PCR était plus adéquate que NEPHGE pour l’évaluation du génotype-S. La PCR est plus facile à optimiser, moins onéreuse, plus précise et fiable. Il est également possible d’évaluer le génotype plus tôt qu’avec NEPHGE, étant donné qu’il n’est pas nécessaire d’obtenir des fleurs pour la détermination, permettant ainsi une élimination précoce des plants. Dans la descendance de 'G-2-25' (S11Sf) 'Marcona' (S11S12), le quotient des génotypes était de 42% S11S12 et de 58% SfS12, se rapprochant des lois mendéliennes de transmission malgré la proportion légèrement plus élevée de plants auto-compatibles. Pour l’autre famille, 'G-2-25' (S11Sf) 'Desmayo Largueta' (S1S25), quatre génotypes-S sont possibles, mais les quotients obtenus étaient de 21% S1S11, 53% S1Sf, 0% S11S25, et 26% SfS25. Ces résultats montrent que le pollen portant l’allèle S25 avait une réussite de fertilisation d’uniquement 26% comparée à 73 pour le pollen portant l'allèle S1. L’absence de plants S11S25 pourrait faire penser à l’expression d’un caractère létal homozygote chez ces zygotes et à la distortion des quotients mendéliens