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Mapeamento de genes de resistência a diferentes isolados de Colletotrichum lindemuthianum e seleção recorrente visando à resistência a antracnose do feijoeiro
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
A grande variabilidade do fungo Colletotrichum lindemuthianum, agente causal da antracnose
do feijoeiro, tem dificultado a obtencão de cultivares com resistência durável a esse patógeno.
Além da variabilidade de raças fisiológicas que tem sido identificada, variabilidade dentro de
raças também tem sido relatada. Nesse contexto, os objetivos desse estudo foram: i)
Identificar regiões genômicas associadas à resistência a diferentes isolados da raça 65 de C.
lindemuthianum, uma das mais importantes raças deste fungo no Brasil. ii) Desenvolver e
avaliar a eficiência de um programa de seleção recorrente como alternativa para a obtenção de
resistência durável à antracnose do feijoeiro. Para atingir o primeiro objetivo, foram utilizadas
duas abordagens de mapeamento: O mapeamento tradicional por ligação, utilizando uma
população F2, derivada do cruzamento entre as cultivares de feijoeiro, BRS Estilo x Ouro
Vermelho, as quais são contrastantes quanto a reação a dois isolados diferentes da raça 65 de
C. lindemuthianum e, também, o mapeamento associativo, utilizando um painel diverso de
189 acessos do banco de germoplasma de feijoeiro da Universidade Federal de Lavras, com
variação fenotípica para cinco isolados diferentes dessa mesma raça. As 189 linhagens do
banco de germoplasma e 400 indivíduos da população F
2 do cruzamento entre BRS Estilo x
Ouro Vermelho, bem como os parentais, foram genotipados, utilizando o BARCBEAN6K_3
Illumina SNP chip com 5398 SNPs. Para o desenvolvimento do programa de seleção
recorrente, uma mistura de sementes de 45 populações F2 (população S
0), derivadas do
cruzamento dialélico entre dez linhagens de feijoeiro, foi utilizada para a formação da
população base. Essas linhagens possuem variabilidade quanto a reação a diferentes isolados
de C. lindemuthianum. Cinco ciclos de avaliação, seleção e recombinação entre as plantas S0
mais resistentes a isolados das raças 65, 73, 81 e 89 foram realizados e cerca de 40 progênies
S0:2
foram obtidas em cada ciclo. O resultado do mapeamento, utilizando a população
biparental derivada do cruzamento entre BRS Estilo x Ouro Vermelho e dois isolados
diferentes da raça 65 de C. Lindemuthianum, revelou a presença de marcadores
completamente ligados a regiões genômicas associadas a resistência cada um d os dois
isolados utilizados, distantes 1.8cM um do outro, no cromossomo Pv04. Pelo mapeamento
associativo foram identificados Quantitative Trait Loci (QTLs) de grande efeito associados à
resistência a esses dois isolados, nessa mesma posição e, também, em outras posições do
Pv04. Além disso, foram identificados QTLs associados a resistência a outros três isolados da
raça 65 nos cromossomos Pv04, Pv05, Pv10 e Pv11. Este é o primeiro trabalho de mapeamento
de genes de resistência em Phaseolus vulgaris, que utiliza isolados diferentes pertencentes a
mesma raça de C. lindemuthianum. Os resultados indicam que as regiões genômicas que
controlam a resistência à raça 65 de C. lindemuthianum variam de acordo com o isolado utilizado.
Algumas cultivares com alelos de resistência à raça 65 de C. lindemuthianum, já identificados,
também foram avaliadas quanto à reação aos cinco isolados da raça 65 utilizados no presente
trabalho, e, estas, apresentaram reação diferente a cada um desses isolados. Em relação à seleção
recorrente, por este método foi possível realizar três ciclos seletivos por ano. Após cinco ciclos
seletivos, foi observado progresso genético de 7,4% e 10,7% para dois isolados diferentes da raça
65 e de 9,0%, 9,0% e 8,0% para os isolados das raças 73, 81 e 89, respectivamente. Ademais,
houve um aumento no número de progênies resistentes a um maior número de isolados de C.
lindemuthianum no decorrer dos ciclos seletivos, evidenciando a eficiência do método. Se as
progênies oriundas desse programa forem conduzidas pelo método bulk dentro de progênies S
0,
sabe-se que ao final do processo as progênies serão compostas por misturas de linhas puras. Se o
melhorista optar por utilizar essa mistura de linhas puras como cultivar, esta apresentará alelos de
resistência piramidados entre e dentro das linhas puras que a compõe, o que pode propiciar uma
maior estabilidade e durabilidade da resistência frente a grande variabilidade entre e dentro de
raças de C. lindemuthianum.
Abstract
The large variability of Colletotrichum lindemuthianum fungus, the causal agent of
anthracnose in the common bean, has made it difficult to obtain cultivars with durable
resistance to this pathogen. Variability within races has been reported in addition to the
variability of identified physiological races. In this context, the objectives of this study were
to i) identify genomic regions associated with the resistance to different C. lindemuthianum
strains, one of the most significant races of this fungus in Brazil; and ii) develop and evaluate
the efficiency o f a recurrent selection program as an alternative to obtain durable resistance to
anthracnose in common bean. To reach the first objective, we employed two mapping
approaches: the traditional mapping by linkage analysis, using an F2 population derived from
the cross between BRS Estilo x Ouro Vermelho common bean cultivars, which are
contrasting regarding the reaction to two different C. lindemuthianum strains of race 65; and
the association mapping, using a panel of 189 accessions of the common bean germplasm
bank of the Universidade Federal de Lavras, with phenotypic variation for five different
strains of the same race. We genotyped the 189 common bean lines of the germplasm bank
and 400 individuals from the F
2 population of the cross between BRS Estilo x Ouro
Vermelho, as well as the parental, using the BARCBEAN6K_3 Illumina SNP chip with 5398
SNPs. For the development of the recurrent selection program, we used a mixture of seeds
from 45 F2 populations (S0 population) derived from the diallelic cross among ten common
bean lines to form the base population (Cycle 0).. These common bean lines present
variability regarding different C. lindemuthianum strains. From cycle 0, we performed five
evaluation, selection and recombination cycles among the S
0 plants most resistant to strains of
races 65, 73, 81 and 89, obtaining approximately 40 S0:2
progenies in each cycle. The result of
the mapping using the biparental population derived from the cross between BRS Estilo x
Ouro Vermelho and two different strains of C. lindemuthianum, race 65, revealed the
presence of markers completely linked to genomic regions associated with resistance to each
of the two strains used, on the Pv04 chromosome, distant 1.8cM from each other. Through the
association mapping, we identified significant Quantitative Trait Loci (QTLs) associated with
the resistance to both strains this same position as well as in other positions of the Pv04.
Furthermore, we identified QTLs associated with resistance to three other strains of race 65
on chromosomes Pv04, Pv05, Pv10, and Pv11. This is the first study about mapping of
resistance genes in Phaseolus vulgaris using different strains belonging to the same race of C.
lindemuthianum. The results indicate that the genomic regions that control resistance to C.
lindemuthianum, race 65, vary according to the strain used. Some common bean lines with,
already identified resistance alleles to C. lindemuthianum, race 65, were also evaluated
regarding the reaction to the five strains of race 65 used in the present study, presenting a
different reaction to each of these strains. Concerning the recurrent selection, we were able to
perform three selective cycles per year using this method. After five selective cycles, we
observed genetic progress of 7.4% and 10.7% for two different strains of race 65 and 9.0%,
9.0%, and 8.0% for the strains of races 73, 81, and 89, respectively. Moreover, there was an
increase in the number of progenies resistant to a higher number of C. lindemuthianum strains
during the selective cycles, demonstrating the efficiency of the method. If the progenies
derived from this program are conducted by the bulk method within S0
progenies, the
progenies will be composed of mixtures of pure common bean lines at the end of the process.
If the breeder chooses to use this mixture of pure lines as a cultivar, it will present pyramided
resistance alleles among and within the pure lines that compose the mixture, which can
provide higher stability and durability of the resistance against the large variability among and
within C. lindemuthianum races.
Descrição
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Impacto da pesquisa
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Citação
COSTA, L. C. et al. Mapeamento de genes de resistência a diferentes isolados de Colletotrichum lindemuthianum e seleção recorrente visando à resistência a antracnose do feijoeiro. 2019. 109 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento Vegetal)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.