Improvement of black beans for resistance to fusarium wilt: identification of molecular markers and selection of segregating populations and breeding lines

Autor: Torres, Mário Henrique Rodrigues Mendes
Přispěvatelé: Pereira, Helton Santos, Souza, Thiago Lívio Pessoa Oliveira de, Melo, Patrícia Guimarães Santos, Melo, Leonardo Cunha, Vianello, Rosana Pereira, Bruzi, Adriano Teodoro
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG
Universidade Federal de Goiás (UFG)
instacron:UFG
Popis: A murcha de fusário, causada pelo fungo (Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli) é uma das doenças mais importantes que afetam a cultura do feijão (Phaseolus vulgaris L.). Dentre os métodos de controle desta doença a resistência genética é a mais eficiente. Entretanto, existe pouca informação sobre a genética da reação à murcha de fusário (FOP). Foram realizados três estudos com os objetivos de: i) selecionar genitores e populações segregantes promissoras para reação à murcha de fusário, produtividade de grãos e massa de 100 grãos; ii) estimar parâmetros genéticos e selecionar linhagens resistentes à murcha de fusário, com alta produtividade e maior massa de 100 grãos; iii) verificar se existe relação genética entre estes caracteres; iv) estudar o controle genético e identificar marcadores moleculares SNPs ligados a QTLs para reação à murcha de fusário na cultivar de feijão BRS FP403. No primeiro estudo, foram avaliadas 25 populações segregantes obtidas a partir de cruzamentos no esquema de dialelo parcial entre dois grupos de cinco genitores: o grupo I com linhagens resistentes à murcha de fusário e o grupo II com linhagens suscetíveis, mas com outras características agronômicas superiores. As populações foram avaliadas em Santo Antônio de Goiás-GO em área com infestação natural do patógeno, nas safras de inverno/2016 (geração F2), inverno/2017 (geração F3) e inverno/2018 (geração F4). Os caracteres avaliados foram a reação à murcha de fusário, produtividade e massa de 100 grãos. Foram detectadas diferenças significativas entre as populações para todos os caracteres. A análise dialélica conjunta mostrou a existência de efeitos aditivos e não-aditivos, com predominância de efeitos aditivos, para os três caracteres estudados. As estimativas de gi revelaram que os genitores BRS Esplendor (-0,13) e CNFP 15207 (-0,76) são indicados para formar populações com maior resistência à murcha de fusário. A linhagem CNFP 15194 é indicada para formar populações com maior resistência a murcha de fusário (-0,59) e maior massa de 100 grãos (0,69). Já a cultivar BRS FP403 é indicada como genitor para aumento da produtividade (218) e massa de 100 grãos (1,46). Entre os genitores suscetíveis, a CNFP 11995 destacou-se por formar populações com alta produtividade e massa de 100 grãos, simultaneamente. As populações BRS FP403 / CNFP 11995, CNFP 15194 / CNFP 11995 e CNFP 15194 / CNFP 11976 são as mais promissoras para a extração de linhagens superiores para os três caracteres simultaneamente. No segundo estudo, foram avaliadas linhagens oriundas de duas populações (BRS Esplendor / BRS Expedito e BRS Expedito / CNFP 15867), selecionadas pela alta resistência à murcha de fusário, alta produtividade e maior massa de 100 grãos. Foram conduzidos dois experimentos nas safras de inverno de 2015 e 2016, em Santo António de Goiás- GO, com 116 linhagens destas duas populações e cinco testemunhas em um delineamento experimental látice 11x11 triplo, em área infestada com o patógeno. Foram avaliadas a reação à murcha de fusário, produtividade e massa de 100 grãos. Foram realizadas análises de variância e estimados parâmetros genéticos. Foram identificadas diferenças entre as linhagens em todos os ambientes para todos os caracteres. As estimativas de herdabilidade e de ganho esperado com a seleção direta indicaram a possibilidade de obtenção de ganhos genéticos para cada caráter isoladamente. Na seleção simultânea das linhagens para os quatro caracteres, com base na análise conjunta, os ganhos esperados com a seleção das 31 melhores linhagens foram de 22,1% para reação à murcha de fusário, 6,6% para produtividade e 7,7% para massa de 100 grãos. Cinco linhagens apresentam alto potencial para serem indicadas como novas cultivares, pois mostraram resistência à murcha de fusário, alta produtividade e massa de 100 grãos, sendo superiores às cultivares disponíveis no mercado atualmente. No terceiro estudo foi realizada a genotipagem de marcadores SNPs e SilicoDArT utilizando a tecnologia DArTseq de uma população de mapeamento na geração F2 obtida a partir do cruzamento entre as cultivares BRS FP403 (resistente) x BRS Horizonte (suscetível). Foram obtidas 165 progênies que foram avaliadas nas gerações F2:4 e F2:5, juntamente com quatro testemunhas. Os experimentos foram instalados em delineamento experimental látice triplo 13x13, em área infestada com o patógeno, na safra de inverno/2016 (F2:4) e inverno/2017 (F2:5) em Santo Antônio de Goiás - GO. Foi realizada a avaliação da reação à murcha de fusário. Foi obtido um mapa genético compreendendo 702 marcadores com comprimento total de 3069 cM e distância média entre marcas de 4,9 cM. A análise dos dados fenotípicos mostrou presença de variabilidade entre as progênies e possibilidade de sucesso com a seleção, com altas estimativas de variância genética, herdabilidade (90%) e ganho esperado com a seleção (37%). Considerando os dois anos e a análise conjunta foram identificados 6 QTLs diferentes associados a reação à murcha do fusário e houve interação entre os QTLs e os anos. Com base na análise conjunta foram identificados quatro QTLs nos cromossomos 1, 2, 3 e 4, explicando de 5,8 a 40,5% da variação, indicando que a herança da reação à murcha de fusário é complexa. O QTL FOP2.3403H destacou-se por explicar a maior proporção da variação fenotípica (40,5%) e ser estável nos diferentes anos. O QTL FOP3.2403H explicou 6,3% da variação fenotípica e também foi estável nos anos. Esses marcadores apresentam grande potencial para utilização em seleção assistida. Fusarium wilt, caused by the fungus (Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli) is one of the most important diseases affecting bean culture (Phaseolus vulgaris L.). Among the methods of controlling this disease, genetic resistance is the most efficient. However, there is little information on the genetics of the fusarium wilt reaction (FOP). Three studies were carried out with the objectives of: i) selecting promising parents and the segregating populations for reaction to fusarium wilt, grain productivity and 100 grain mass; ii) estimate genetic parameters and select breeding lines resistant to fusarium wilt, with high productivity and greater mass of 100 grains; iii) check if there is a genetic relationship between these traits; iv) study genetic control and identify SNP molecular markers linked to QTLs for reaction to fusarium wilt in the bean cultivar BRS FP403. In the first study, 25 segregating populations obtained from crosses in the partial diallel scheme between two groups of the five parents were evaluated: group I with breeding lines resistant to fusarium wilt and group II with susceptible breeding lines, but with superior agronomic characteristics. The populations were evaluated in Santo Antônio de Goiás-GO in an area with natural infestation of the pathogen, in the winter / 2016 (generation F2), winter / 2017 (generation F3) and winter / 2018 (generation F4). The evaluated traits were the reaction to fusarium wilt, productivity and mass of 100 grains. Significant differences between populations were detected for all traits. The joint diallel analysis showed the existence of additive and non-additive effects, with a predominance of additive effects, for the three traits studied. The gi estimates revealed that the parents BRS Esplendor (-0.13) and CNFP 15207 (-0.76) are indicated to form populations with greater resistance to fusarium wilt. The CNFP breeding lines 15194 is indicated to form populations with greater resistance to fusarium wilt (-0.59) and greater mass of 100 grains (0.69). The cultivar BRS FP403 is indicated as the parents for increasing productivity (218) and mass of 100 grains (1.46). Among the susceptible parents, CNFP 11995 stood out for forming populations with high productivity and a mass of 100 grains, simultaneously. The populations BRS FP403 / CNFP 11995, CNFP 15194 / CNFP 11995 and CNFP 15194 / CNFP 11976 are the most promising for the extraction of superior breeding lines for the three traits simultaneously. In the second study, breeding lines from two populations were evaluated (BRS Esplendor / BRS Expedito and BRS Expedito / CNFP 15867), selected for their high resistance to fusarium wilt, high productivity and greater mass of 100 grains. Two experiments were conducted in the winter crops of 2015 and 2016, in Santo António de Goiás-GO, with 116 breeding lines from these two populations and five witnesses in a triple 11x11 latex experimental design, in an area infested with the pathogen. Reaction to fusarium wilt, yield and mass of 100 grains were evaluated. Analysis of variance and estimated genetic parameters were performed. Differences between lineages were identified in all environments for all traits. The estimates of heritability and expected gain with direct selection indicated the possibility of obtaining genetic gains for each traits in isolation. In the simultaneous selection of the breeding lines for the four traits, based on the joint analysis, the expected gains with the selection of the 31 best breeding lines were 22.1% for reaction to fusarium wilt, 6.6% for productivity and 7.7% for mass of 100 grains. Five breeding lines have high potential to be indicated as new cultivars, as they showed resistance to fusarium wilt, high productivity and a mass of 100 grains, being superior to the cultivars available on the market today. In the third study, genotyping of SNPs and SilicoDArT markers was performed using the DArTseq technology of a population mapping in the F2 generation obtained from the crossing between the cultivars BRS FP403 (resistant) x BRS Horizonte (susceptible). 165 progenies were obtained and evaluated in generations F2: 4 and F2:5, together with four controls. The experiments were installed in a 13x13 triple lattice design, in an area infested with the pathogen, in the winter/2016 (F2:4) and winter/2017 (F2:5) harvest in Santo Antônio de Goiás - GO. Evaluation of the reaction to fusarium wilt was performed. A genetic map was obtained comprising 702 markers with a total length of 3069 cM and an average distance between marks of 4.9 cM. The analysis of phenotypic data showed the presence of variability between the progenies and the possibility of success with the selection, with high estimates of genetic variance, heritability (90%) and expected gain with the selection (37%). Considering the two years and the joint analysis, 6 different QTLs were identified associated with the reaction to the fusarium wilt and there was an interaction between the QTLs and the years. Based on the joint analysis, four QTLs were identified on chromosomes 1, 2, 3 and 4, explaining from 5.8 to 40.5% of the variation, indicating that the inheritance of the reaction to fusarium wilt is complex. The QTL FOP2.3403H stood out for explaining the greater proportion of the phenotypic variation (40.5%) and being stable in the different years. The QTL FOP3.2403H explained 6.3% of the phenotypic variation and was also stable over the years. These markers have great potential for use in assisted selection. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Databáze: OpenAIRE
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