Terça, 06 de dezembro de 2022.
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Dissertação
Título Identificação in silico e validação de marcadores moleculares associados à resistência ao carvão (“Sporisorium scitamineum”) no genoma da cana-de-açúcar
Autor Polli, Bruna Sisti Michelan de
Unidade Pós-Graduação em Genética e Melhoramento
Área de Concentração Genética e Melhoramento
Orientador Claudete Aparecida Mangolin
Co-Orientador(es) Adriana Gonela
Maria de Fátima Pires da Silva Machado
Banca Examinadora Claudete Aparecida Mangolin
Adriana Gonela
Rone Charles Maranho
Betty Cristiane Kuhn
Data de Defesa 30/08/2021
Resumo O carvão da cana-de-açúcar, causado pelo fungo Sporisorium scitamineum, tem se destacado como uma das doenças mais prejudiciais a cultura. Devido à natureza poliplóide do genoma da cana-de-açúcar e a alta complexidade da interação entre o patógeno e o hospedeiro, a previsão de genes análogos a resistência a esta doença é uma tarefa desafiadora. Tendo em vista que o cultivo de variedades de cana-de-açúcar resistentes ao carvão é a forma mais eficaz do controle da doença, o objetivo deste estudo foi identificar regiões in silico no genoma da cultura ligadas à resistência ao S. scitamineum, desenhar e validar marcadores moleculares para que sejam utilizados nos programas de melhoramento da espécie. A etapa inicial foi realizada in silico: mineração dos dados, alinhamento das sequências e desenho dos primers. Os pares de primers que apresentaram melhores características estruturais e funcionais foram selecionados para a validação em laboratório. A partir das análises in silico, verificou-se que a maioria dos RGAs (Resistance Genes Analogs) responsivos ao carvão da cana estavam distribuídos aleatoriamente no cromossomo 5 da espécie. Foram selecionadas 92 sequências de DNA que, a partir das anotações funcionais, indicavam funções diretamente relacionadas com a resistência a doença pois apresentavam regiões conservadas ou semelhantes ao domínio de repetições ricas em leucina (LRR), caracterizando potenciais genes de resistência. O alinhamento com sequências de Sorghum bicolor revelaram alto percentual de identidade (70-98%) com as sequências da cana e, somado a alta colinearidade entre os genomas, permitiu a comparação entre as proteínas formadas nas diferentes espécies. Dentre os 166 pares de primers desenhados e selecionados, 18 pares foram submetidos a validação in vivo utilizando genótipos contrastantes de cana-de-açúcar (resistente x suscetível). Após a adequação dos parâmetros envolvidos na PCR, todos os pares de primers deste estudo foram utilizados para amplificar o DNA dos materiais vegetais testados. Além disso, um locus (Sspon. 01) apresentou polimorfismo entre os genótipos contrastantes, indicando ser um possível marcador molecular associado à resistência ao carvão-da-cana.
Palavras-chave Saccharum; S. scitamineum; Bioinformática; Desenho de primers; Marcador molecular
Title
Abstract Sugarcane smut, caused by the fungus Sporisorium scitamineum, has been highlighted as one of the most harmful diseases to the crop. The prediction of analogous genes resistant to this disease is a challenging task, due to the polyploid nature of the sugarcane genome and high complexity of the interaction between pathogen and host. Considering that cultivation of sugarcane varieties resistant to smut is the most effective way to control the disease, the aim of this study was to identify, in silico, the resistance regions linked to S. scitamineum in the crop genome, draw and validate molecular markers for use in species breeding programs. The initial step was carried out in silico: data mining, sequence alignment and primer design. Primer pairs that showed better structural and functional characteristics were selected for laboratory validation. Through in silico analysis, it was found that most responsive RGAs (Resistance Genes Analogs) to sugarcane smut were randomly distributed on chromosome 5 of the species. From the functional annotations, 92 DNA sequences that indicated functions directly related to resistance to the disease were selected, since they present conserved regions or similar to the leucine-rich repeats (LRR) domain, characterizing potential resistance genes. Alignment with Sorghum bicolor sequences revealed a high percentage of identity (70-98%) with sugarcane sequences and, added to the high collinearity between the genomes, allowed the comparison between the proteins formed in different species. Among the 166 pairs of primers designed and selected, 18 of them were submitted to in vivo validation using contrasting sugarcane genotypes (resistant x susceptible). After adjusting the parameters involved in PCR, all primers pairs in this study were used to amplify the DNA of the tested plant materials. Therefore, primers amplification identified a locus (Sspon. 01), which showed polymorphism between the contrasting genotypes, indicating that it is a possible molecular marker associated with sugarcane smut resistance.
Key-words Saccharum; S. scitamineum; Bioinformatic; Primer design; Molecular marker
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