Genetic analysis and mapping of resistance to fusarium oxysporum f. sp. lactucae race 1 in lettuce : employment of the RGA marker system and SNPs derived from genotyping-by-sequencing strategy
| Autor: | Cléia Santos Cabral |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Boiteux, Leonardo Silva |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2016 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UnB Universidade de Brasília (UnB) instacron:UNB |
| Popis: | Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia, 2016. A alface (Lactuca sativa L.) é uma das hortaliças mais importantes no Brasil e no mundo. A murcha de fusário (causada por distintas raças do fungo Fusarium oxysporum f. sp. lactucae – FOLAC) é uma das principais doenças de da alface em regiões tropicais e subtropicais. Devido à dificuldade de implementação de estratégias eficazes de controle químico e cultural, o uso de cultivares com resistência genética é o método mais prático de manejo da doença. Fontes estáveis de resistência à raça FOLAC 1 foram encontradas, mas a base genética dessa característica ainda se encontra mal caracterizada. A integração da seleção assistida por marcadores (SAM) em programas de melhoramento convencional irá acelerar o desenvolvimento e lançamento de cultivares de alface com resistência genética a esse patógeno. O presente estudo teve como objetivos: elucidar os fatores genéticos associados à resistência a murcha de fusário (Capítulo 2) e idenficar marcadores moleculares potencialmente ligados aos fatores de resistência a isolados de FOLAC raça 1 identificados na cultivar ‘Vanda’ (Capítulo 3). O estudo da herança genética da resistência a FOLAC raça 1 foi conduzido com populações segregantes (F2 e F3) obtidas do cruzamento entre um parental suscetível ‘Gizele’ e ‘Vanda’. Populações foram inoculadas com uma suspensão de esporos do patógeno (3 x 106 microconídios/mL) por meio de corte e imersão de raízes e avaliadas quanto à resistência por meio de escala de notas. O DNA genômico das plantas resistentes e suscetíveis foi extraído e usado como molde em diferentes sistemas de marcadores (RAPD, SCAR, DR analogs, SRR e CAPS), visando identificar polimorfismos ligados a essa característica. Com relação à resistência a FOLAC raça 1, os estudos indicaram um controle genético relativamente simples na cultivar ‘Vanda’, com os resultados de segregação indicando um locus monogênico com uma provável combinação de efeitos de dosagem e penetrância incompleta. No entanto, os diferentes sistemas de marcadores moleculares utilizados nessa primeira etapa do trabalho não permitiram encontrar polimorfismos com estreita ligação com o(s) fator(es) de resistência. Desta forma, uma nova etapa do trabalho foi conduzida visando identificar por meio do método genotyping-by-sequencing (GBS) marcadores moleculares ligados a resistência (Capítulo 4). O GBS foi explorado na identificação de SNPs (single nucleotide polymorphisms) empregando DNA extraído dos dois parentais e de um conjunto de 82 indivíduos da população F2 derivados do cruzamento entre ‘Vanda’ x ‘Gizele’. Cada indivíduo foi genotipado utilizando o Illumina Hiseq 3000, que produziu 4,5 milhões de reads por amostra. Um total de 10.017 SNPs foi identificado entre os parentais. Estes SNPs foram avaliados para ligação com o fenótipo de resistência nos 82 indivíduos F2. Os dados genotípicos foram condensados em 1.484 scaffolds ou supercontigs. Um subconjunto de 417 scaffolds contendo polimorfismos foi selecionado para a construção de um mapa de ligação após filtragem baseada em missing data (< 20%), teste de qui-quadrado (3:1 p>0,05) e número de SNPs por scaffold. O mapa foi composto por 17 grupos de ligação, com um comprimento total de 1.132,984 cM. A análise de QTL (quantitative trait loci) para resistência a FOLAC raça 1 foi realizada no mapa de ligação com os conjuntos de dados de severidade da doença obtido nas populações F2 e F3. Dois QTLs de efeito maior foram identificados no cromossomo 9, explicando 30 a 40% da variação fenotípica observada na população F3 e F2, respectivamente. Um QTL de efeito menor foi detectado no cromossomo 4, explicando 0,06% da variação fenotípica na população F3. Desta forma, o presente estudo estabelece a porção mediana do cromossomo 9 como sendo a localização física do principal locus de resistência para FOLAC raça 1 presente na cultivar ‘Vanda’. Portanto, os marcadores moleculares localizados na proximidade desta região genômica são candidatos para o desenvolvimento de ferramentas de SAM em programas de melhoramento genético visando incorporar essa característica em linhagens elite de alface. Lettuce (Lactuca sativa L.) is one of the most important leafy vegetable crops in Brazil and worldwide. Fusarium wilt (caused by distinct races of the fungus Fusarium oxysporum f. sp. lactucae – FOLAC) is one of the main soil-borne diseases of lettuce in tropical and subtropical regions. Due to the complexity of implementing effective cultural and chemical control, the most practical disease management strategy has been the use of cultivars with genetic resistance. Stable sources of resistance to FOLAC race 1 have been found, but the genetic basis of this trait is yet poorly characterized. The integration of marker assisted selection (MAS) in conventional breeding programs would be an important contribution to accelerate the development and release of lettuce cultivars with genetic resistance to this pathogen. In this context, the present study aimed to elucidate the inheritance of resistance to FOLAC race 1 detected in the cultivar Vanda (Chapter II) and to search for molecular markers linked to FOLAC race 1 resistance factor(s) (Chapter III). Inheritance studies were carried out using segregating populations (F2 and F3 families) derived from the cross between a susceptible cultivar (Gizele) and a FOLAC race 1 resistant cultivar (Vanda). The parental lines and the segregating populations were inoculated via root dipping technique with a conidial suspension adjusted to 3 x 106 microconidia/mL. Reaction to one FOLAC race 1 isolate was evaluated using a disease rating scale ranging from 1 (= no symptoms) to 5 (= dead plant). The studies indicated a simple genetic control of FOLAC race resistance in cultivar Vanda, with segregation results indicating a single gene locus with a likely combination of dosage effects and incomplete penetrance. Genomic DNA of resistant and susceptible plants was extracted and used as a template in PCR assays with different marker systems (RAPD, SCAR, DR Analogs, SSRs and CAPS) aiming to identify polymorphisms linked to the resistant reaction. However, none of the evaluated molecular techniques were able to identify markers in close linkage with the resistance factor(s). Therefore, a new phase of the present study was conducted with the objective of searching for markers linked to resistance through the employment of the genotyping-by-sequencing (GBS) strategy (Chapter IV). The GBS strategy was employed using DNA extracted from the parental lines and 82 phenotyped F2 individuals derived from the same cross between Gizele x Vanda. Each individual was genotyped using the Illumina Hiseq 3000. A total of 4.5 million reads was obtained per sample with 10,017 SNPs being identified among the parental lines as well as among the 82 F2 individuals. Genotypic data were condensed into 1484 scaffolds. Four hundred seventeen (417) scaffolds containing polymorphisms were selected for the construction of the linkage map after filtering based on missing data (< 20%), chi-square test (3: 1 p> 0.05) and number of SNPs per scaffold. The final map consisted of 17 linking groups with a total length of 1,132.984 cM. The QTL analysis for resistance to FOLAC race 1 was performed on the linkage map based upon the disease severity datasets of F2 population and F3 families. Two major effect QTLs were identified on chromosome 9, explaining 30 to 40% of the phenotypic variation observed in the population F3 and F2, respectively. One QTL of minor effect was also identified on chromosome 4, explaining 0.06% of the phenotypic variation in the F3 population. This study establishes the central region of chromosome 9 as the physical location of a major resistance locus to FOLAC race 1 found in Vanda. Molecular markers in close proximity to this genomic region are candidates for the development of MAS tools for breeding programs aiming to incorporate this trait into elite lettuce lines. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|