tese
Herança genética da resistência a Fusarium verticillioides e estudo de associação genômica para resistência ao Complexo Tar Spot em milho
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
O fungo Fusarium verticillioides e os que compõem o complexo tar spot, Phyllachora maydis,
Monographella maydis e Coniothyrium phyllachorae, têm causado grandes prejuízos às lavouras de
milho. Em virtude da resistência a esses patógenos ser um caráter quantitativo e apresentar alta
influência ambiental, a obtenção de cultivares altamente resistentes é um grande desafio para o
melhoramento genético. Nesse contexto, os objetivos deste estudo foram: i) Estudar a herança genética
da resistência a Fusarium verticillioides, e a variabilidade genética disponível na população segregante;
ii) Identificar progênies da população segregante para a resistência a F. verticillioides, com bom
desempenho para produtividade; iii) Identificar, entre dois acessos com potencial para resistência a tar
spot, oriundos do banco de germoplasma do CIMMYT, o que melhor contribuirá para a introgressão
de genes de resistência em materiais elite e; iv) Identificar os genes associados a resistência, presentes
nesses acessos via GWAS. Para o estudo da resistência a F. verticilliodes foram utilizadas duas
linhagens previamente identificadas como contrastantes. A partir dessas foram obtidas as gerações F1,
F2:3, RC11 e RC12. Estas gerações foram semeadas na safra 2017/2018 utilizando-se o delineamento em
blocos casualizados com três repetições. No período de florescimento das plantas foi feita a inoculação
artificial do patógeno. Utilizou-se o blotter test para a fenotipagem da incidência e severidade da
doença. Para fins de genotipagem, foram testados 11 primers associados à resistência e foi realizada a
análise de expressão pela método de RT-qPCR. Na safra de 2017/2018 as progênies F2:3 fora m
amostradas para a avaliação da produtividade. No experimento para a identificação de acessos com
resistência para TSC dois acessos foram cruzados com quatro linhagens elite do programa de
melhoramento de milho do CIMMYT (CMLs). Foi obtida a geração F1 e esta foi retrocruzada com os
parentais recorrentes, as CMLs. Ao final foram geradas oito populações que foram avaliadas em dois
locais, El Portillo, México e Petén, Guatemala. As fenotipagens foram realizadas duas semanas, três e
quatro semanas após a primeira avaliação. Foi obtido um bulk das progênies BC1S1 e BC1S2 de cada
população e estas foram genotipados utilizando a plataforma DArT-Seq. Um total de 8.401 SNPs foram
usados para o GWAS. Para ambos os experimentos a análise fenotípica foi realizada utilizando escala
de notas, e foram calculadas as variâncias genéticas e fenotípicas, a herdabilidade e a acurácia. No
estudo de herança da resistência a F. verticillioides ficou evidênciado que os parentais não eram
totalmente contrastantes. Observou-se que existe variabilidade para a população segregante e que esta
pode ser utilizada no melhoramento. O ganho com a seleção foi de -0,70. As progênies 61 e 69
obtiveram melhor desempenho tanto para resistência quanto para produtividade. No segundo
experimento foi observado que o acesso GUAT153 apresentou melhor desempenho fenotípico, e foi
considerado o melhor doador de alelos para a resistencia, à TSC. Verificou-se que os acessos OAXA280
e GUAT153 apresentaram diferentes alelos não encontrados nas CMLs. Foram identificados 11 SNPs
de pequeno efeito envolvidos na à TSC. O acesso GUAT153 será útil na introgressão de alelos de
resistência em genótipo elite, e contribu irá para o background da resistência, permitindo uma
resistência duradoura dos genótipos melhorados.
Abstract
Fusarium verticillioides fungi and the tar spot complex caused by the interaction of the fungi,
Phyllachora maydis, Monographella maydis and Coniothyrium phyllachorae, have caused great
damage to maize crops. The resistance to these pathogens is a quantitative trait and has a high
environmental influence where obtain highly resistant cultivars is a major challenge for genetic
improvement. In this context, the aim of this study were: i) Study the genetic inheritance of resistance
to Fusarium verticillioides and the genetic variability available in the segregating population; ii)
Identify progenies of the segregating population for resistance to F. verticillioides which present the
best performance for productivity; iii) Identify, between two accessions with potential tar spot
resistance, coming from the CIMMYT germplasm bank, which will best contribute to the introgression
of resistance genes in elite materials, and identify the resistance-associated genes present in these
accessions via GWAS. For the study of resistance to F. verticilliodes, it was used two lines previously
identified as contrasting for resistance. From these were obtained the generations F1, F2:3, RC11 and
RC12, they were sown in the 2017/2018 crop season applying the complete randomized block design
with three replications. The artificial inoculation of the pathogen was made in the flowering period.
The blotter test was used to phenotype the incidence and severity of the disease. For genotyping
purposes, 11 previously obtained primers associated with resistance to F. verticillioides were tested. In
the experiment for identification of resistant accessions to TSC, two accessions were crossed with four
elite maize lines (CMLs) from the maize breeding program at CIMMYT. The F1 generation was
obtained and was backcrossed with the recurrent parents, the CMLs. At the end, eight populations were
generated. These were evaluated at two sites with high pathogen pressure, El Portillo, Mexico and
Petén, Guatemala. The first phenotyping was performed two weeks after flowering, and then disease
progression was assessed at two periods, 7 and 14 days after the first phenotyping. A bulk sample from
the semi-inbred lines BC1S1 and BC1S2 for each population was obtained. The genotyping was
performed using the DArT-Seq platform. A total of 8,401 SNPs were used for GWAS. For both
experiments the phenotypic analysis was performed using a grade scale. The genetic and environmental
variances, heritability and accuracy were calculated. The inheritance study of resistance to F.
verticillioides shown that the parents were not totally contrasting. It was observed that there is
variability for the segregating population and that it can be used for breeding. The gain with the
selection was -0.70. The progenies 61 and 69 had better performance for both resistance and
productivity. In the second experiment we observed that the GUAT153 accession presented better
phenotypic performance, and that GUAT153 and OAXA280 presented different genes, not observed in
the CMLs. Eleven small-effect SNPs involved in the resistance response to TSC were identified. The
accessions carrying these alleles will be useful in the introgression of resistance alleles in elite
germoplasm, and will contribute to the resistance background, allowing a lasting resistance of the
improved genotypes.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
VIEIRA, P. M. H. Herança genética da resistência a Fusarium verticillioides e estudo de associação genômica para resistência ao Complexo Tar Spot em milho. 2019. 109 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
