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Technical Crops

De

Genome Mapping and Molecular Breeding in Plants presents the current status of the elucidation and improvement of plant genomes of economic interest. The focus is on genetic and physical mapping, positioning, cloning, monitoring of desirable genes by molecular breeding and the most recent advances in genomics. The series comprises seven volumes: Cereals and Millets; Oilseeds; Pulses, Sugar and Tuber Crops; Fruits and Nuts; Vegetables; Technical Crops; and Forest Trees.


Technical Crops includes plants of great agricultural importance. One chapter is devoted to cotton, the most important fiber crop on which significant progress in molecular genetic research has been made. Reviews on oil palm, coffee, tea, cocoa and rubber describe traditional breeding and preliminary molecular results. Chapters on forage crops, ornamentals, and medicinal and aromatic plants each cover a large number of crops and may serve as road maps for further molecular research.

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Contents
Contributors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII
1 Cotton M. Ulloa, C. Brubaker, P. Chee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Origin and Domestication of Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Evolution of Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3 Morphology and Taxonomy of the Cotton Species . . . . . . . . . . . 1.1.4 Domestication and Diffusion of Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.5 Traditional Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.6 Current Priorities for Breeding in Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Construction of Genetic Linkage Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 History of Genetic Linkage Mapping in Cotton . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 What Have We Learned from Genetic Linkage Mapping in Cotton? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 What Is the Future for Genetic Linkage Mapping in Cotton? . . 1.3 Gene Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Simple Phenotypes inGossypiumspp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Simple Phenotypes Molecular Mapped inGossypiumspp. . . . . 1.3.3 Multigenic Qualitative Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Quantitative Trait Loci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 History of QTLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.2 QTL Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 QTLs Detected Using Interspecific Mapping Families . . . . . . . . 1.4.4 QTLs Detected Using Intraspecific Mapping Families . . . . . . . . 1.4.5 QTLs Detected on Mapping Population for Specific Gene(s) . . 1.4.6 Comparison of QTLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 MarkerAssisted Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Challenges Facing MAB in Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.2 The Future of MAB in Cotton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.3 MarkerAssisted Introgression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 MapBased Cloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.7 The Future . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 Forage Crops M. Inoue, M. Fujimori, H. Cai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Characteristics of CrossPollinated Forage Crops as Distinct from Those of Inbred Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Botanical Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Economic Importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4 Breeding Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5 Classical Mapping Efforts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.6 Classical Breeding Achievements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 1 2 3 3 6 9 10 10 15
16 18 19 19 20 24 24 24 25 28 30 31 33 34 35 35 36 38 40 42
51 51
51 53 54 54 54 54
XII
Contents
2.1.7 Limitations of Classical Endeavors and Utility of Molecular Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Construction of Genetic Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Kinds of Mapping Population and Molecular Markers . . . . . . . . 2.2.2 Construction of FirstGeneration Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Construction of SecondGeneration Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Gene Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 CrownRust Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Blast Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Incompatibility Mechanisms in Legumes and Grasses . . . . . . . . 2.3.4 Gene Mapping in Alfalfa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Quantitative Trait Loci Detected . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 MarkerAssisted Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 MapBased Cloning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Future Scope of Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.1 Synteny Between Forage Crops and Other WellStudied Grass Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.2Medicago truncatulaas a Model Plant for Legumes . . . . . . . . . . 2.7.3 Genetic Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7.4 Endophytic Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Ornamentals M. Linde, Z. Yan, T. Debener . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Maps and Mapped Genes in Selected Ornamentals . . . . . 3.2.1 Roses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Snapdragon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Petunia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Variety and Genotype Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Vegetatively Propagated Crops . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Sexually Propagated Crops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Sports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Analysis of Genetic Relatedness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Methods of Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Studies of Genetic Relatedness of Genotypes . . . . 3.5 Future Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4 Oil Palm Z. Price, S. Mayes, N. Billotte, F. Hafeez, F. Dumortier, D. MacDonald . . . . . . 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Botanical Classification and Phylogeny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Geographical Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3 Biology of Oil Palm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.4 Economy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.5 Oil Palm Products and Their Uses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Molecular Markers in Oil Palm Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Fingerprinting and Linkage Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Potential Applications of Markers – Simple Traits . . . . . . . . . . . 4.2.3 Potential Applications of Markers – Complex Traits . . . . . . . . . .
54 55 55 57 57 62 62 62 63 63 63 64 66 67
67 68 68 69 69
77 77 78 78 83 85 86 86 86 87 87 87 88 89 89
93 93 93 94 95 95 97 99 99 100 101
Contents
4.2.4 Potential Applications of Markers – Disease Resistance . . . . . . . 4.3 Genome Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Uses of Conserved Synteny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Vegetative Propagation of Oil Palm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Transformation Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Conclusions – the Future of Genetic Improvement in Oil Palm . . . . . . . 4.7.1 Molecular Genetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.2 Models and Comparative Genetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.3 Transgenics and Tissue Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Coffee P. Lashermes, F. Anthony . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Genome Structure and Molecular Diversity . . . . . . . . 5.2.1 An Allotetraploid Species . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 An Extremely Low Genetic Diversity . . . . . . . 5.3 Breeding Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Introgression Assessment . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2 Factors Controlling Gene Introgression . . . . 5.4 Genetic Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Gene Tagging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Genomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Conclusions and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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6 Tea J. Tanaka, F. Taniguchi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Tea in a Botanical Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.2Camellia sinensisas a Beverage Crop . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.3 Breeding Objectives for Tea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.4 Challenges for Tea Breeding and Significance of MAS . . . . 6.2 Use of Markers and Genetic Analysis with DNA Markers . . . . . . . . 6.2.1 Use of DNA Markers for Nongenetic Analyses . . . . . . . . . . . 6.2.2 Genetic Analysis with DNA Markers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 MAS for Mulberry Scale Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Advanced Works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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7 Cacao R. Bhattacharjee, P. L. Kumar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 History and Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.2 General Characteristics of Cacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3 Botany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4 SelfIncompatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.5 Importance and Uses of Cacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.6 Production Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Cacao Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Clone Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Hybrid Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XIII
101 102 102 102 103 104 104 104 104 105
109 109 110 110 111 111 112 112 113 113 115 115 116
119 119 119 119 120 121 121 121 121 124 124 124
127 127 127 128 129 132 132 133 134 134 134
XIV
Contents
7.2.3 Recurrent Selection and Prebreeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Genetic Linkage and Gene Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 MarkerAssisted Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 Application of Genomic Tools and Gene Discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 Genetic Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.7 Future Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Rubber P.M. Priyadarshan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1 Commercial Importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2 Botanical Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.3 Historical Aspects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.4 Propagation Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.5 Breeding Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.6 Genetic Resources and Variability . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.7 Breeding Methodologies and Achievements . . . . . . 8.2 Application of in Vitro Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Anther Culture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Somatic Embryogenesis and Meristem Culture . . . . 8.3 Molecular Genetics and Breeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Molecular Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Gene Linkage Maps and QTLs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 LaticiferSpecific Gene Expression . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4 Direct Gene Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.5 Conclusions and Future Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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9 Medicinal and Aromatic Plants A. K. Shasany, A. K. Shukla, S. P. S. Khanuja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Metabolic Profiles and Significance of Some Prominent Medicinal and Aromatic Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1Catharanthus roseus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2Menthaspp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3Papaver somniferum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.4Ocimumspp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.5Artemisia annua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 9.2.6Capsicum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. spp. . 9.2.7Vetiveria zizanioides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.8Taxus wallichiana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.9Phyllanthus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . spp. . 9.2.10Pelargonium graveolens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.11Cymbopogon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . spp. . 9.2.12Bacopa monnieri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.13Aloe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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http://www.springer.com/978-3-540-34537-4