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Type: Tese de Doutorado
Title: Identificação de genes associados com a eficiência na aquisição de fósforo em milho, com foco nos genes PSTOL1, STR1 e STR2
Authors: Gabriel Corradi Azevedo
First Advisor: Claudia Teixeira Guimaraes
First Co-advisor: Sylvia Morais de Sousa
First Referee: Fatima Maria de Souza Moreira
Second Referee: Eliane Aparecida Gomes
Third Referee: Luciano da Costa e Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Maria Raquel Santos Carvalho
Abstract: A baixa disponibilidade de fósforo (P) é uma das principais limitações para a produtividade do milho, principalmente em solos tropicais. Considerando a fixação e a baixa mobilidade do P no solo, modificações na morfologia radicular e associação com fungos micorrízicos arbusculares representam importantes estratégias adotadas pelas plantas para maximar a exploração do solo em condições de deficiência desse nutriente. Estudos identificaram o gene OsPSTOL1 relacionado ao crescimento radicular, absorção de P e produtividade de grãos em arroz . Com objetivo de identificar possíveis homólogos do OsPSTOL1 em milho foi adotada uma abordagem que combinou genômica comparativa e mapeamento de QTLs para características da morfologia radicular, acúmulo de biomassa e conteúdo de P utilizando uma população de linhagens recombinantes (RILs) derivada do cruzamento entre duas linhagens contrastantes para eficiência no uso do P, L3 e L22. Com base em modelos de características simples e múltiplas, 13 regiões genômicas foram identificadas. Entre os seis genes preditos identificados no genoma do milho com identidade de sequência superior a 55% com OsPSTOL1, quatro foram co-localizados com QTLs nos cromossomos 3, 4 e 8. Esses genes foram mais expressos nas raízes das linhagens parentais que contribuiram com os alelos para o aumento dos seus respectivos fenótipos. Conjuntamente, esses resultados indicam que pelo menos quatro genes candidatos podem estar relacionados com a morfologia radicular e ao conteúdo de P em milho. Na linha de associação micorrízica, dois transportadores half-size ABCG, STR1 e STR2, foram identificados em arroz e em Medicago truncatula, como sendo indispensáveis para desenvolvimento dos arbúsculos e, consequentemente, para o sucesso da associação micorrízica. No presente trabalho, genes similares aos STR1 e STR2 foram identificados no genoma do milho, sendo co-localizados com QTLs para morfologia radicular nos cromossomos 10 e 3, respectivamente. As linhagens L3 e L22 apresentaram padrão de expressão similar para ambos os genes STR, bem como altos níveis de colonização micorrízica e arbúsculos bem desenvolvidos. Esses genes foram expressos somentes em raízes micorrizadas, seguindo o padrão observado em arroz. Tais resultados sugerem uma possível relação dos genes STR1 e STR2 com o desenvolvimento dos arbúsculos em milho e evidenciam que diferenças na eficiência no uso do P entre as linhagens L3 e L22 não são relacionadas com a associação micorrízica. No entanto, estudos adicionais, serão necessários para validar esses genes candidatos como homólogos funcionais ao PSTOL1, STR1 e STR2 em milho.
Abstract: Low phosphorus (P) availability is a primary constraint for maize productivity, mainly in tropical soils. Considering the P fixation and low mobility in the soil, modifications on root morphology and association with arbuscular mycorrhizal fungi are important strategies adopted by plants to maximize soil exploitation under phosphorus starvation conditions. OsPSTOL1 was a gene associated to early root growth, P uptake and grain yield in rice. In order to identify putative homologs to OsPSTOL1 in maize, we combined comparative genomics and QTL mapping for root traits, seedling dry weight and P content in nutrient solution in a maize RIL population derived from the cross between two maize lines contrasting for P use efficiency, L3 and L22. Based on single and multi-trait models, 13 genomic regions were identified. Among the six predicted maize genes identified sharing more than 55% of amino acid sequence identity with OsPSTOL1, four genes were co-localized to QTLs on chromosomes 3, 4 and 8. These genes were more expressed in roots of the parental lines that contributed the alleles enhancing the respective phenotypes. Taken together, these results suggest that at least four of these candidates can be related to root morphology and P content in maize. Considering the mycorrhizal association, two half-size ABCG transporters, STR1 and STR2, were identified in rice and Medicago truncatula, as being indispensable to arbuscules development and, consequently, to mycorrhizal association success. Similar genes to STR1 and STR2 were identified in the maize genome, being co-localized to QTLs related to root morphology traits identified on chromosomes 10 and 3, respectively. The L3 and L22 lines showed a similar gene expression profile for both STR genes, as well high levels of root colonization and arbuscules well developed. The STR genes were expressed only in inoculated roots, following the same pattern as observed in rice. These results indicated a possible role of STR1 and STR2 to arbuscules development in maize and revealed that the difference in P use efficiency between L3 and L22 is not related to mycorrhizal association. However, additional studies are needed to validate these genes as functional homolog to OsPSTOL1, STR1 and STR2 in maize.
Subject: Fosforo
Micorriza
Milho
Genética
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9ZXQPU
Issue Date: 11-Feb-2015
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