Terça, 18 de junho de 2024.
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Tese
Título Variabilidade alélica do locus de Rpp1 em germoplasma de soja caracterizada por GBS.
Autor Aoyagi, Luciano Nobuhiro
Unidade Pós-Graduação em Genética e Melhoramento
Área de Concentração Genética e Melhoramento
Orientador Eliezer Rodrigues de Souto
Co-Orientador(es) Fracismar Correa Marcelino Guimaraes
Banca Examinadora Eliezer Rodrigues de Souto
Adriana Gonela
François Joseph Belzile
Danielle Cristina Gregorio da Silva
Fracismar Correa Marcelino Guimaraes
Data de Defesa 08/05/2018
Resumo A soja (Glycine max L.) representa uma das culturas mais importantes para a economia nacional, visto que constituí um dos principais produtos do setor agropecuário e de exportação, com uma produção 114 milhões de toneladas cultivados em 33 milhões de hectares na safra (2016/2017). O fungo biotrófico obrigatório Phakopsora pachyrhizi, causador da Ferrugem Asiática da soja (FAS), representa um dos principais limitadores à cultura, dado o seu elevado potencial em gerar perdas na produção de grãos e limitações em seu controle. Atualmente, as principais estratégias de controle à FAS envolvem a aplicação de fungicidas, além do estabelecimento de períodos de vazio sanitário e limite para o período de semeadura em alguns estados (Godoy et al, 2016). Adicionalmente, a resistência genética também tem sido explorada visando o desenvolvimento de cultivares resistentes, contendo um ou uma combinação de genes Rpp (Resistencia a P. pachyrhizi). Pelo menos 10 genes ou alelos de resistência a ferrugem têm sido mapeados em 7 diferentes loci genéticos. Dentre estes destaca-se o locus Rpp1, inicialmente descrito como conferindo o fenótipo de imunidade na PI 200492, presente no cromossomo 18 (Hyten, 2007), e seu alelo alternativo Rpp1b descrito na PI 594538A (Chakraborty et al, 2009) e novos potenciais alelos Rpp1-b/? descritos nas PI 587886 e PI 587880A (Ray et al., 2009). Adicionalmente, pelo menos outras 19 fontes foram descritas por apresentar resistência potencialmente conferida pelo alelo Rpp1b ou alelos alternativos mapeados na mesma região, mas o número de polimorfismos descritos no intervalo é incipiente, sendo incapaz de identificar as diferentes fontes e/ou alelos alternativos. A compreensão dos mecanismos de resistência mediados pelos genes Rpp, bem como a identificação de marcas moleculares capazes de auxiliar na sua introgressão, seja individualmente ou combinados, em linhas adaptadas em programas de melhoramento, representa uma importante estratégia para o controle da doença. Com o advento das novas tecnologias de sequenciamento, a identificação e associação de marcadores SNPs às características de interesse passaram a ser largamente adotadas, por exemplo, via metodologias de Genotipagem por Sequenciamento (GBS) ou resequenciamento, seguidos do Mapeamento Genômico Associativo Amplo (GWAS). O presente trabalho objetivou a caracterização da variabilidade alélica na região de Rpp1, via GBS, a partir de um painel de acessos de soja descritos na literatura como portadoras do loci de resistência Rpp1, visando identificar polimorfismos de nucleotídeos únicos inéditos (SNP – single nucleotide polymorphism) e sua associação com a resistência ao patógeno por mapeamento associativo. Foram identificados pelos menos sete polimorfismos estatisticamente associados a resistência a P. pachyrhizi em um intervalo de 568 KB, que inclui a região onde foi previamente mapeado o locus Rpp1, no cromossomo 18 de soja. A análise da região de 568 KB do cromossomo 18 de soja (Gm18), na região do gene Rpp1 (PI 200492), Rpp1-b (PI 594538A), e Rpp1-? (PI 587880A, PI 587886, PI 561356), utilizando sete SNPs para genotipar 38 cultivares brasileiras e 23 fontes de genes de resistência à ferrugem asiática da soja (Rpp1, Rpp1-b e Rpp1-?), assim como 55 linhas derivadas das mesmas, permitiram, com base nos haplótipos observados, classificar acessos com base em seu fenótipo e fonte de gene Rpp. Dos 7 SNPs identificados, o uso conjunto de três (Chr18:55976566, Chr18:56207185 e Chr18:56544134), definindo como haplótipo GTC e incluso no haplótipo 39, foi compartilhado exclusivamente por acessos resistentes de soja oriundas de cinco fontes (PI 594538A, PI 587880A, PI 587886, PI 594538A, PI 561356 e PI 587905) e distinguiram as mesmas das demais fontes de resistência Rpp1 e de todos acessos com fenótipos suscetíveis, incluindo as cultivares brasileiras (sem genes Rpp). A análise do intervalo delimitado pelos 7 SNPs permitiu a identificação de 67 modelos gênicos (Glymas), dos quais 24 apresentam função anotada como participante ou descritas na literatura como atuantes em respostas de defesa de plantas. Entre os 24 modelos, oito são genes da família de proteínas LRR (leucine repeat rich), preditas como genes R de resistência de plantas, incluindo outros genes Rpp em soja.
Palavras-chave SNP (Single Nucleotide Polymorphism); Phakopsora pachyrhizi; Mapeamento associativo; Rpp1
Title
Abstract The soybean (Glycine max L.) is one of the most important crops for the national economy, since it is one of the main products of the agricultural and export sector, with a production of 114 million tons cultivated in 33 million hectares in the harvest (2016 / 2017). The obligatory biotypic fungus Phakopsora pachyrhizi, the cause of Asian Soybean Rust (ASR), represents one of the main limiters to the crop, due its high potential to generate losses in grain production and limitations in its control. At present, the major control strategies to ASR involve the application of fungicides, besides the establishment of periods of sanitary emptiness and limit to the sowing period in some states (Godoy et al, 2016). In addition, genetic resistance has also been explored for the development of resistant cultivars carrying one or a combination of Rpp (Resistance to P. pachyrhizi) genes. At least 10 genes or alleles of rust resistance have been mapped in 7 different genetic loci. Among these, the Rpp1 locus, initially described as conferring the immunity phenotype in PI 200492, present on chromosome 18 (Hyten, 2007), and its alternative allele Rpp1-b described in PI 594538A (Chakraborty et al, 2009) and new potentials alleles Rpp1- b/?, described in PI 587886 and PI 587880A (Ray et al., 2009). Additionally, at least 19 other sources have been described as having resistance potentially conferred by the Rpp1-b allele or alternative alleles mapped in the same region, but the number of polymorphisms described in the range is incipient, being unable to identify the different alternative sources and / or alleles. The understanding of resistance mechanisms mediated by the Rpp genes, as well as the identification of molecular markers capable of assisting in their introgression, either individually or combined, in adapted lines in breeding programs, represents an important strategy for the control of the disease. With the advent of new sequencing technologies, the identification and association of SNP markers with the characteristics of interest have been widely adopted, for example, Genotyping by Sequencing (GBS) or resequencing, followed by the Wide Associative Genome Mapping (GWAS). The present work aimed to characterize the allelic variability in the Rpp1 region, via GBS, from a panel of soybean accesses described in the literature as carriers of the Rpp1 resistance loci, aiming to identify single nucleotide polymorphism (SNP) and its association with pathogen resistance by associative mapping. At least seven polymorphisms were statistically associated with resistance to P. pachyrhizi in a range of 568 KB, which includes the region where the Rpp1 locus was previously mapped on soybean chromosome 18. Analysis of the 568 KB region of soybean chromosome 18 (Gm18), the Rpp1 gene region (PI 200492), Rpp1-b (PI 594538A), and Rpp1-? (PI 587880A, PI 587886, PI 561356), using seven SNPs to genotype 38 Brazilian cultivars and 23 sources of soybean rust resistance genes (Rpp1, Rpp1-b and Rpp1-?), as well as 55 lines derived from them, based on the observed haplotypes, classified accesses based on their phenotype and Rpp gene source. Of the 7 identified SNPs, the combined use of three (Chr18: 55976566, Chr18: 56207185 and Chr18: 56544134), defined as GTC haplotype (included in haplotype 39), was exclusively shared by resistant soybean accesses from five sources (PI 594538A, PI 587-86A, PI 587886, PI 594538A, PI 561356 and PI 587905) and distinguished them from the other sources of resistance Rpp1 and all accesses with susceptible phenotypes, including Brazilian cultivars (no Rpp genes). The analysis of the interval delimited by the 7 SNPs allowed the identification of 67 gene models (Glymas), of which 24 have a function annotated as participant or described in the literature as acting in defense responses of plants. Among the 24 models, eight are genes from the LRR (leucine repeats rich) family, predicted as plant resistance R genes, including other Rpp genes in soybean.
Key-words SNP (Single Nucleotide Polymorphism); Phakopsora pachyrhizi; Associative mapping;Rpp1
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