PhenoGene

Phenome Networks stellt in Zusammenarbeit mit KeyGene PhenoGene vor, eine bahnbrechende Lösung für Pflanzenzüchter zur Optimierung von Zuchtstrategien.

Das Modul PhenoGene, das in Zusammenarbeit von Phenome Networks und KeyGene entwickelt wurde, liefert den optimalen Zuchtplan, der zu einem bestimmten idealen Genotyp (oder ‚Ideotyp‚) führt:  eine gewünschte Sorte oder eine Elternlinie, die die erwünschten genetischen Marker enthält, die aus mehreren elterlichen Ausgangslinien stammen.

PhenoGene kann die optimale Kombination von Allelen aus bis zu 30 Markern in mehreren ausgewählten Elternlinien berechnen. Folglich kann das Modul einen optimalen Zuchtplan für die Entwicklung dieses einen gewünschten idealen Genotyps auf dem kürzesten und kostengünstigsten Weg liefern. Der optimale Zeitplan enthält detaillierte Anweisungen für Kreuzung, Selektion und Anzahl der benötigten Pflanzen, wenn mehrere Eltern, Marker und andere logistische und praktische Einschränkungen gegeben sind.

Daten zur Ernte

Für jede Kulturpflanze wählt der Benutzer Marker und Eltern aus, die in jedem Projekt in PhenoGene innerhalb der Kulturpflanze verwendet werden sollen.  Der Benutzer definiert auch dieChromosomen auf der Ebene der Kultur mit ihrer Länge, und nur die hier definierten Chromosomen beeinflussen das Projektergebnis. Der Benutzer ordnet dann jeden Marker einem Chromosom zu und gibt die Position des Markers innerhalb dieses Chromosoms (in Centimorgan) an.

Definition der Projektkriterien

Projekte: Der Benutzer erstellt ein Projekt in PhenoGene für eine bestimmte Kultur. Ein Projekt steht für ein einzelnes Leitbild, das wir verwirklichen wollen. Für jede Kultur können mehrere Projekte definiert werden, um verschiedene Ideotypen zu erreichen. Der Benutzer wählt für jedes Projekt Eltern und Marker aus und konfiguriert den Ideotyp.

Marker: Der Benutzer wählt die Marker aus, die in das Projekt aufgenommen und vom Algorithmus berücksichtigt werden sollen. Jeder Marker sollte mit einem Chromosom und einer Position verknüpft sein, wie sie auf der Ebene der Kulturpflanze zugewiesen wurden.

Eltern: Der Benutzer wählt die Eltern aus, die in das Projekt aufgenommen und vom Algorithmus berücksichtigt werden sollen. Jedes Elternteil zeigt die Beschreibung, die auf der Ebene der Kulturpflanze angegeben ist.

Daten der Eltern: Dieser Abschnitt zeigt die Bewertung der Marker für die entsprechenden Eltern.

Der Benutzer kann den Ziel-Ideotyp definieren (Beispiel in Abbildung 1 unten): das ist der Genotyp, den wir entwickeln wollen. Dies geschieht durch die Angabe der gewünschten Punktzahl für jede der Markierungen im Projekt, entsprechend den folgenden Werten:

Im folgenden Beispiel sollte der Ideotyp bei allen 4 Markern homozygot „1“ sein.

Lauf und Ergebnisse: Dielogistischen und praktischen Einschränkungen des Projekts werden über die Schaltfläche „Konfigurieren“festgelegt. Diese werden für die Berechnung der Gesamtkosten und der Anzahl der benötigten Pflanzen von jedem Elternteil verwendet.

Der Benutzer konfiguriert die Kosten und die maximale Anzahl der Pflanzen, die in jedem Schritt produziert werden können, wie folgt:

Ausführen des Algorithmus

Sobald Sie auf die Schaltfläche Ausführen klicken, führt PhenoGene den Algorithmus aus und zeigt die Ergebnisse in Form eines Diagramms und einer Tabelle an, in der das optimale Züchtungsschema für die Erstellung des gewünschten Ideotyps aufgeführt ist.

Dabei handelt es sich um einen schrittweisen Züchtungsplan, in dem die erforderliche Anzahl von Kreuzungen, Pflanzen und Generationen für jeden Schritt zur Entwicklung des Ideotyps angegeben ist.

Ein Beispiel für eine Diagrammausgabe:

Beispiel eines Knotens:

Jeder Knotenpunkt steht für eine Kreuzung, die gemacht werden muss. Die Kanten enthalten Informationen über die für diese Kreuzung erforderliche Populationsgröße, die Wahrscheinlichkeit für jede einzelne erzeugte Pflanze, dass die Kreuzung zu dem Genotyp führt, und die erwartete Anzahl der gebildeten Pflanzen mit dem richtigen Genotyp. Die Färbung zeigt an, welche Loci in Bezug auf den Ideotyp bereits korrekt sind (blau) und welche nicht (rot). Schließlich werden einige Informationen über die zur Erzeugung dieses Individuums erforderlichen Kosten und die zur Erzeugung dieses Individuums erforderlichen Mittel angegeben (Pop: die Populationsgröße bis zu diesem Knoten, G: die Anzahl der Generationen bis zu diesem Knoten, C: die Anzahl der Kreuzungen bis zu diesem Knoten, S: die Anzahl der Selfings bis zu diesem Knoten und D: die Anzahl der doppelten Haploidschritte bis zu diesem Knoten)

Die Kanten enthalten Informationen über die für diese Kreuzung erforderliche Populationsgröße, die Wahrscheinlichkeit für jede einzelne erzeugte Pflanze, dass die Kreuzung zu dem Genotyp führt, und die erwartete Anzahl der gebildeten Pflanzen mit dem richtigen Genotyp.

Neben dem Diagramm erstellt der Algorithmus auch eine Tabelle, in der der Zuchtplan detailliert aufgeführt ist. Im Folgenden wird ein Beispiel vorgestellt: