DG
Dorcus Gemenet
Author with expertise in Genetic Architecture of Quantitative Traits
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
11
(45% Open Access)
Cited by:
244
h-index:
17
/
i10-index:
24
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
3

Clonal breeding strategies to harness heterosis: insights from stochastic simulation

Marlee Labroo et al.Jul 3, 2022
Abstract To produce genetic gain, hybrid crop breeding can change the additive as well as dominance genetic value of populations, which can lead to utilization of heterosis. A common hybrid breeding strategy is reciprocal recurrent selection (RRS), in which parents of hybrids are typically recycled within pools based on general combining ability (GCA). However, the relative performance of RRS and other possible breeding strategies have not been thoroughly compared. RRS can have relatively increased costs and longer cycle lengths which reduce genetic gain, but these are sometimes outweighed by its ability to harness heterosis due to dominance and increase genetic gain. Here, we used stochastic simulation to compare gain per unit cost of various clonal breeding strategies with different amounts of population inbreeding depression and heterosis due to dominance, relative cycle lengths, time horizons, estimation methods, selection intensities, and ploidy levels. In diploids with phenotypic selection at high intensity, whether RRS was the optimal breeding strategy depended on the initial population heterosis. However, in diploids with rapid cycling genomic selection at high intensity, RRS was the optimal breeding strategy after 50 years over almost all amounts of initial population heterosis under the study assumptions. RRS required more population heterosis to outperform other strategies as its relative cycle length increased and as selection intensity decreased. Use of diploid fully inbred parents vs. outbred parents with RRS typically did not affect genetic gain. In autopolyploids, RRS typically was not beneficial regardless of the amount of population inbreeding depression. Key Message Reciprocal recurrent selection sometimes increases genetic gain per unit cost in clonal diploids with heterosis due to dominance, but it typically does not benefit autopolyploids.
3
Citation4
0
Save
2

Reciprocal recurrent selection based on genetic complementation: An efficient way to build heterosis in diploids due to directional dominance

Giovanny Covarrubias‐Pazaran et al.Jul 5, 2022
Abstract Depending on the trait architecture and reproduction system, selection strategies in plant breeding focus on the accumulation of additive, dominance effects, or both. Innovation in the accumulation of dominance-effect-based heterosis has been limited since the proposal of GCA-based approaches and very few strategies to exploit it better have been proposed. We propose the use of a new surrogate of genetic complementation between genetic pools to increase accumulation of dominance effects and heterosis . We simulated breeding programs to show how reciprocal recurrent selection by genetic complementation would build the dominance-based heterosis but cheaper than GCA-based approaches and used real phenotypic data from hybrid maize to demonstrate the underlying concepts. We found reciprocal recurrent selection by genetic complementation to be an attractive and viable strategy to exploit dominance, build de novo heterotic pools and boost the current GCA-based approaches. If demonstrated in practice, we hypothesized that this approach would lower the cost of breeding drastically and contribute to food security. Key message Heterotic patterns can be developed quickly through genetic complementation surrogates to produce high-performance hybrids at a low cost in diploid species displaying dominance and boost GCA-based approaches in hybrid breeding.
2
Citation2
0
Save
0

When a phenotype is not the genotype: Implications of phenotype misclassification and pedigree errors in genomics-assisted breeding of sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.]

Dorcus Gemenet et al.Aug 28, 2019
Experimental error, especially through genotype misclassification and pedigree errors, negatively affects breeding decisions by creating noise that compounds the genetic signals for selection. Unlike genotype-by-environment interactions, for which different methods have been proposed to address, the effect of noise due to pedigree errors and misclassification has not received much attention in most crops. We used two case studies in sweetpotato, based on data from the International Potato Center breeding program to estimate the level of phenotype misclassification and pedigree error and to demonstrate the consequences of such errors when combining phenotypes with the respective genotypes. In the first case study, 27.7% phenotype misclassification was observed when moving genotypes from a diversity panel through in-vitro, screenhouse and field trialing. Additionally, 22.7% pedigree error was observed from misclassification between and within families. The second case study involving multi-environment testing of a full-sib population and quantitative trait loci (QTL) mapping showed reduced genetic correlations among pairs of environments in mega-environments with higher phenotype misclassification errors when compared to the mega-environments with lower phenotype misclassification errors. Additionally, no QTL could be identified in the low genetic correlation mega-environments. Simulation analysis indicated that phenotype misclassification was more detrimental to QTL detection when compared to missingness in data. The current information is important to inform current and future breeding activities involving genomic-assisted breeding decisions in sweetpotato, and to facilitate putting in place improved workflows that minimize phenotype misclassification and pedigree errors.
0

Assembly Of Whole-Chromosome Pseudomolecules For Polyploid Plant Genomes Using Outcrossed Mapping Populations

Chenxi Zhou et al.Mar 22, 2017
The assembly of whole-chromosome pseudomolecules for plant genomes remains challenging due to polyploidy and high repeat content. We developed an approach for constructing complete pseudomolecules for polyploid species using genotyping-by-sequencing data from outcrossing mapping populations coupled with high coverage whole genome sequence data of a reference genome. Our approach combines de novo assembly with linkage mapping to arrange scaffolds into pseudomolecules. We show that the method is able to reconstruct simulated chromosomes for both diploid and tetraploid genomes. Comparisons to three existing genetic mapping tools show that our method outperforms the other methods in accuracy on both grouping and ordering, and is robust to the presence of substantial amounts of missing data and genotyping errors. We applied our method to three real datasets including a diploid Ipomoea trifida and two tetraploid potato mapping populations. The linkage maps show significant concordance with the reference chromosomes. We resolved seven assembly errors for the published Ipomoea trifida genome assembly as well as anchored an unplaced scaffold in the published potato genome.
0

Unraveling the hexaploid sweetpotato inheritance using ultra-dense multilocus mapping

Marcelo Mollinari et al.Jul 2, 2019
The hexaploid sweetpotato ( Ipomoea batatas (L.) Lam., 2n = 6x = 90) is an important staple food crop worldwide and has a vital role in alleviating famine in developing countries. Due to its high ploidy level, genetic studies in sweetpotato lag behind major diploid crops significantly. We built an ultra-dense multilocus integrated genetic map and characterized the inheritance system in a sweetpotato full-sib family using our newly implemented software, MAPpoly. The resulting genetic map revealed 96.5% collinearity between I. batatas and its diploid relative I. trifida. We computed the genotypic probabilities across the whole genome for all individuals in the mapping population and inferred their complete hexaploid haplotypes. We provide evidence that most of the meiotic configurations (73.3%) were resolved in bivalents, although a small portion of multivalent signatures (15.7%), among other inconclusive configurations (11.0%) were also observed. Except for low levels of preferential pairing in linkage group 2, we observed a hexasomic inheritance mechanism in all linkage groups. We propose that the hexasomic-bivalent inheritance promotes stability to the allelic transmission in sweetpotato.
0

Development of diagnostic SNP markers for quality assurance and control in sweetpotato [Ipomoea batatas (L.) Lam.] breeding programs

Dorcus Gemenet et al.Oct 31, 2019
Abstract Quality assurance and control (QA/QC) is an essential element of a breeding program’s optimization efforts towards increased genetic gains. Due to auto-hexaploid genome complexity, a low-cost marker platform for routine QA/QC in sweetpotato breeding programs is still unavailable. We used 662 parents of the International Potato Center (CIP)’s global breeding program spanning Peru, Uganda, Mozambique and Ghana, to develop a low-density highly informative single nucleotide polymorphism (SNP) marker set to be deployed for routine QA/QC. Segregation of the selected 30 SNPs (two SNPs per base chromosome) in a recombined breeding population was evaluated using 282 progeny from some of the parents above. The progeny were replicated from in-vitro , screenhouse and field, and the selected SNP-set was confirmed to identify relatively similar mislabeling error rates as a high density SNP-set of 10,159 markers. Six additional trait-specific markers were added to the selected SNP set from previous quantitative trait loci mapping. The 36-SNP set will be deployed for QA/QC in breeding pipelines and in fingerprinting of advanced clones or released varieties to monitor genetic gains in famers fields. The study also enabled evaluation of CIP’s global breeding population structure and the effect of some of the most devastating biotic stresses like sweetpotato virus disease on genetic variation management. These results will inform future deployment of genomic selection in sweetpotato. Key Message A 36-SNP diagnostic marker set has been developed for quality assurance and control to support global sweetpotato breeding optimization efforts. Breeding population structure is shaped by sweetpotato virus disease prevalence.
1

Identification of genes associated with abiotic stress tolerance in sweetpotato using weighted gene co-expression network analysis

Mercy Kitavi et al.Jan 31, 2023
Abstract Sweetpotato, Ipomoea batatas (L.), a key food security crop, is negatively impacted by heat, drought, and salinity stress. We exposed the orange-fleshed cultivar ‘Beauregard’ to 24 and 48 hours of heat and salt stresses to identify differentially expressed genes (DEGs) in leaves. Analysis revealed both shared and unique sets of up-regulated (650 for heat; 287 for salt) and down-regulated (1,249 for heat; 793 for salt) DEGs suggesting common, yet stress-specific transcriptional responses to these two abiotic stressors. Gene Ontology analysis of downregulated DEGs common to both heat and salt stress revealed enrichment of terms associated with ‘cell population proliferation’ suggestive of an impact on the cell cycle by the heat stress. To identify shared and unique gene coexpression networks under multiple abiotic stress conditions, weighted gene co-expression network analysis was performed using gene expression profiles from heat, salt, and drought stress treated ‘Beauregard’ leaves yielding 18 coexpression modules. One module was enriched for ‘response to water deprivation’, ‘response to abscisic acid’, and ‘nitrate transport’ indicating synergetic crosstalk between nitrogen, water and phytohormones with genes encoding osmotin, cell expansion, and cell wall modification proteins present as key hub genes in this drought-associated module. This research lays the background for future research in mediating abiotic stress tolerance in sweetpotato.
1

Multiple QTL mapping in autopolyploids: a random-effect model approach with application in a hexaploid sweetpotato full-sib population

Guilherme Pereira et al.Apr 29, 2019
In developing countries, the sweetpotato, Ipomoea batatas (L.) Lam. (2n=6x=90), is an important autopolyploid species, both socially and economically. However, quantitative trait loci (QTL) mapping has remained limited due to its genetic complexity. Current fixed-effect models can only fit a single QTL and are generally hard to interpret. Here we report the use of a random-effect model approach to map multiple QTL based on score statistics in a sweetpotato bi-parental population ('Beauregard' × 'Tanzania') with 315 full-sibs. Phenotypic data were collected for eight yield component traits in six environments in Peru, and jointly predicted means were obtained using mixed-effect models. An integrated linkage map consisting of 30,684 markers distributed along 15 linkage groups (LGs) was used to obtain the genotype conditional probabilities of putative QTL at every cM position. Multiple interval mapping was performed using our R package QTLpoly and detected a total of 41 QTL, ranging from one to ten QTL per trait. Some regions, such as those on LGs 3 and 15, were consistently detected among root number and yield traits and provided basis for candidate gene search. In addition, some QTL were found to affect commercial and noncommercial root traits distinctly. Further best linear unbiased predictions allowed us to characterize additive allele effects as well as to compute QTL-based breeding values for selection. Together with quantitative genotyping and its appropriate usage in linkage analyses, this QTL mapping methodology will facilitate the use of genomic tools in sweetpotato breeding as well as in other autopolyploids.
0

Global multi-environment resistance QTL for foliar late blight resistance in tetraploid potato with tropical adaptation

Hannele Lindqvist‐Kreuze et al.Feb 16, 2020
The identification of environmentally stable and globally predictable resistance to late blight is challenged by the clonal and polyploid nature of the crop and the rapid evolution of the pathogen. A diversity panel of tetraploid potato germplasm bread for multiple resistance and quality traits was genotyped by genotyping by sequencing (GBS) and evaluated for late blight resistance in three continents addressed by the breeding program of International Potato Center (CIP). Health-indexed in vitro plants of 380 clones and varieties were distributed from CIP headquarters in Peru to China and Ethiopia and tuber seed was produced centrally in each country. Phenotypes were recorded following field exposure to local isolates of Phytophthora infestans and QTL were identified for stable late blight resistance in chromosome IX and environment specific QTL in chromosomes III, V, VI and X. The kinship matrix from marker data and the multi environment data were utilized to obtain best linear unbiased predictors (BLUP) to identify best performing germplasm in each and all environments. Genotypes with high levels of resistance in all environments were identified from the B3, LBHT and B3-LTVR populations. The results show that many of the advanced clones selected in Peru as highly resistant to late blight maintain their resistance also in the tested locations in Ethiopia and China suggesting that the centralized selection strategy has been largely successful for this trait.
Load More