How does Sampling Method Affect the Quality and Quantity of DNA Extracted from Maize Seeds?

Year 2024, , 121 - 130, 30.05.2024

Fatih Kahrıman , Umut Songur , Ezgi Alaca Yıldırım , Cem Ömer Egesel

https://doi.org/10.18615/anadolu.1393986

Abstract

DNA isolation is one of the fundamental steps in various molecular analyses. The quantity and purity of the obtained DNA in this step are crucial considerations for studies utilizing molecular analyses. The results from maize genetic studies have demonstrated that molecular analyses can be performed on tissue samples taken from the endosperm part of the seed, yielding reliable results. However, there are still various recommendations regarding the number and method of seed sampling for maize populations showing a high level of genetic diversity due to open pollination. This study aims i) to compare the quantity and quality of DNA isolated from seed tissue samples depending on the number of samples and ii) to monitor the viability status in the sampled seeds. Eleven local maize landraces and two standard lines (B73 and Mo17) were used as seed material in the study. Four sub-sample groups (single, 10, 20 and 30) were formed by cutting (chipping) separately from the endosperm of 30 seed samples of each genotype. DNA isolation was performed on these samples using the CTAB method. The DNA contents and purities of the samples were determined using a Nano-Drop device. According to the research findings, the DNA quantities of the samples ranged from 2,2 ng to 1243 ng. Purity values ranged between 1,41 and 2,03 (A260/A280). Although the DNA purity obtained from single seed samples was lower than the other groups, the bulked samples showed similarity in terms of DNA purity. The germination rates of the sampled seeds ranged from 55% to 100%. It was determined that this sampling method might have a risk for small-seeded populations. DNA samples obtained from the study will undergo genetic similarity analyses based on SSR markers, and the results will be shared with researchers working in this field.

Keywords

Molecular analysis, seed cutting, chipping, Zea mays L.

Project Number

Bu çalışma Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: FBA-2023-4344.

Örnekleme Yöntemi Mısır Tohumlarından İzole Edilen DNA Miktarı ve Kalitesini Nasıl Etkiler?

Abstract

DNA izolasyonu, moleküler analizler için temel adımlardan biridir. Bu adımda elde edilen DNA'nın miktarı ve saflığı, moleküler analiz içeren çalışmalarda önemlidir. Mısır genetik çalışmalarından elde edilen sonuçlar, tohumun endosperm kısmından alınan doku örnekleri üzerinde moleküler analizler yapılabileceğini ve güvenilir sonuçlar alınabileceğini ortaya koymuştur. Ancak, açıkta tozlanma nedeniyle yüksek oranda genetik çeşitlilik gösteren mısır popülasyonları için tohum örneklemesinin sayısı ve yöntemi konusunda hala farklı öneriler bulunmaktadır. Bu çalışmanın amacı i) tohum dokusu örneklerinden izole edilen DNA miktarını ve kalitesini örnek sayısına bağlı olarak karşılaştırmak ve ii) örneklenen tohumlardaki canlılık durumunu belirlemektir. Çalışmada 11 yerel mısır genotipi ve 2 standart hat (B73 ve Mo17) tohum materyali olarak kullanmıştır. Genotiplere ait 30’ar adet tohum örneğinin endosperm kısmından ayrı ayrı kesilerek alınan (çipleme) parçalar ile tekli, 10’lu, 20’li ve 30’lu olmak üzere 4 alt örnek grubu oluşturulmuştur. Bu örnekler üzerinde CTAB metodu kullanılarak DNA izolasyonu yapılmıştır. Örneklerin DNA içeriği ve saflıkları Nano-Drop cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Araştırma bulgularına göre, örneklerin DNA miktarları 2,2 ng ile 1243 ng arasında değişmiştir. Saflık değerleri ise 1,41 ile 2,03 arasında (A260/A280) değişmiştir. Tek tohum örneklerinden elde edilen DNA saflığı diğer gruplardan daha düşük olmasına rağmen, bir araya getirilmiş örneklerde DNA saflığı benzerlik göstermiştir. Örneklenen tohumların çimlenme oranları %55 ile %100 arasında değişmiştir. Bu örnekleme yönteminin küçük tohumlu popülasyonlarda risk taşıyabileceği belirlenmiştir. Çalışmadan elde edilen DNA örnekleri, SSR primerleri kullanılarak genetik benzerlik analizlerine tabi tutulacak ve elde edilen sonuçlar bu alanda çalışan araştırmacılarla paylaşılacaktır.

Keywords

Moleküler analiz, tohum kesme, çipleme, Zea mays L.

Supporting Institution

Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Koordinasyon Birimi

Project Number

Bu çalışma Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir. Proje No: FBA-2023-4344.

References

• Abdel-Latif, A., and G. Osman. 2017. Comparison of three genomic DNA extraction methods to obtain high DNA quality from maize. Plant Methods 13: 1-9.
• Arafayne, G., A. Menkir, V. O. Adetimirin, and M. Gedil. 2018. Optimizing sample size for molecular characterization of open-pollinated maize (Zea mays L.) varieties using simple sequence repeat markers. Cereal Research Communications 46(4): 569-579.
• Cömertpay, G., F. S. Baloch, B. Kilian, A. C. Ülger, and H. Özkan. 2012. Diversity assessment of Turkish maize landraces based on fluorescent labelled SSR markers. Plant Molecular Biology Reporter 30: 261-274.
• Cömertpay, G. 2019. Assessment of nuclear DNA contents variation and their relationship with flowering in corn genotypes. Turkish Journal of Field Crops 24(1): 39-45.
• Eschholz, T. W., R. Peter, P. Stamp, and A. Hun. 2008. Genetic diversity of Swiss maize (Zea mays L. ssp. mays) assessed with individuals and bulks on agarose gels. Genetic Resources and Crop Evolution 55: 971-983.
• Gao, S., C. Martinez, D. J. Skinner, A. F. Krivanek, J. H. Crouch, and Y. Xu. 2008. Development of a seed DNA-based genotyping system for marker-assisted selection in maize. Molecular Breeding 22:477-494.
• González, G. E., M. F. Realini, M. F. Fourastié, and L. Poggio. 2022. Causes and consequences of DNA content variation in Zea. J. Basic Appl Genet. 33(1): 43-49.
• Halilu, A. D., S. G. Ado, I. S. Usman, and D. Appiah-Kubi. 2013. Prospects of endosperm DNA in maize seed characterization. Maydica 58:288-290.
• Irfan, M., Z. T. Ting, W. Yang, Z. Chunyu, M. Qing, Z. Lijun, and L. Feng. 2013. Modification of CTAB protocol for maize genomic DNA extraction. Research Journal of Biotechnology 8(1):41-45.
• Koca Y. O., İ. Turgut ve O. Erekul. 2010. Tane üretimi için yetiştirilen mısırın birinci ve ikinci üründeki performanslarının belirlenmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 47 (2): 181-190.
• Kahrıman, F., C. Ö. Egesel ve A. Demir. 2013. Türkiye’de mısır ıslahı çalışmalarının geçmişi ve bugünü. Türkiye 10. Tarla Bitkileri Kongresi. 10-13 Eylül 2013. Konya. s. 545-550.
• McKight, P.E., and J. Najab. 2010. Kruskal-Wallis Test. The Corsini Encyclopedia of Psychology 1:1-10.
• Meru, G., D. McDowell, V. Waters, A. Seibel, J. Davis, and C. McGregor. 2013. A non-destructive genotyping system from a single seed for marker-assisted selection in watermelon. Genet Mol Res. 12:702-709.
• Mills, A. M., L. A. Allsman, S. Leon, and C. G. Rasmussen. 2020. Using seed chipping to genotype maize kernels. Bio-101: e3553.
• Öztürk, A., E. Özata, Ş. Erdal ve M. Pamukçu. 2019. Türkiye’de özel mısır tiplerinin kullanımı ve geleceği. International Journal of Eastern Mediterranean Agricultural Research 2(1): 75-90.
• Ranum, P., J. P. Peña‐Rosas, and M. N. Garcia‐Casal. 2014. Global maize production, utilization, and consumption. Annals of the New York Academy of Sciences 1312(1): 105-112.
• R Core Team. 2020. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. URL https://www.R-project.org/.