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Tipo: Tese de Doutorado
Título: Abordagens genético-genômicas para identificação e validação de QTLs de tolerância ao alumínio em milho
Autor(es): Christiano Costa Simoes
primer Tutor: Claudia Teixeira Guimaraes
primer Co-tutor: Jurandir Vieira de Magalhaes
primer miembro del tribunal : Eduardo Martin Tarazona Santos
Segundo miembro del tribunal: Jurandir Vieira de Magalhaes
Tercer miembro del tribunal: Everaldo Goncalves de Barros
Cuarto miembro del tribunal: Maria Raquel Santos Carvalho
Quinto miembro del tribunal: Roberto Willians Noda
Resumen: O Al tóxico é um dos principais fatores limitantes ao crescimento radicular em solos ácidos, acarretando sérias limitações á produção agrícola. Estes solos estão amplamente distribuídos nas regiões tropicais e subtropicais, englobando cerca de 50% das terras agricultáveis no planeta. O desenvolvimento de genótipos tolerantes ao Al é uma alternativa sustentável para superar as limitações causadas pelos solos ácidos. A tolerância ao Al em milho é uma característica complexa, envolvendo possivelmente múltiplos genes e mecanismos, que não estão bem compreendidos até o momento. No presente trabalho, foram avaliados 36.147 marcadores SNPs gerados pela técnica de genotipagem por sequenciamento (GBS), 39 SSRs e três genes candidatos em uma população de RILs derivada do cruzamento entre duas linhagens altamente contrastantes quanto à tolerância ao Al. A associação entre marcadores e fenótipo foi realizada por meio de modelos lineares generalizados (GLM) e do mapeamento de QTLs por intervalos múltiplos (MIM), sendo identificados oito QTLs nos cromossomos 2, 3, 4, 5, 6 e 8. Um QTL de efeito maior, explicando 22% da variância genotípica da tolerância ao Al, foi identificado no cromossomo 6 (bin 6.00), corroborando com resultados previamente publicados. Nessa região, além do gene candidato ZmMATE1, dois QTLs de expressão (eQTL) foram mapeados flanqueando o gene alvo, sendo considerados como cis eQTLs. Essa região genômica foi transferida para linhagens semi-isogênicas de milho, resultando em um aumento de duas vezes na tolerância ao Al, associados com um aumento na expressão do ZmMATE1. Tais resultados validam o QTL6 como uma região genômica capaz de aumentar a tolerância ao Al em milho. O gene candidato ZmMATE2 foi co-localizado com o segundo QTL de maior efeito para a tolerância ao Al, mas não foi validado nas linhagens semi-isogências de milho. No entanto, um trans eQTL explicando 24% da variação genotípica da expressão do ZmMATE2 foi mapeado no cromossomo 3. O uso de uma elevada densidade de marcadores permitiu um aumento considerável na precisão dos QTLs identificados, cujos intervalos de confiança foram restringidos entre 1,7 e 31,7 Mb. A integração entre informações do mapa genético com distância física foi possível devido ao alinhamento das sequências dos SNP no genoma de referência do milho, outra grande vantagem dos marcadores baseados na técnica de GBS. Assim, os resultados gerados contribuem com informações relevantes que podem ser aplicadas diretamente no melhoramento assistido visando o desenvolvimento de genótipos de milho mais tolerantes ao Al. Adicionalmente, as demais regiões de QTLs associadas com buscas in silico possibilitaram elencar novos genes candidatos, que poderão ser alvos para estudos avançados contribuindo para uma melhor compreensão dos mecanismos e genesenvolvidos na tolerância ao Al em milho.
Abstract: The Al toxicity is a major constraint for root growth on acid soils, leading to serious limitations in crop production. These soils are widely distributed in tropical and subtropical regions, comprising about 50% of arable land on the planet. The development of Al tolerant genotypes is a sustainable alternative to overcome the limitations caused by acid soils.Aluminum tolerance is a complex trait in maize, possibly involving multiple genes and mechanisms that are still not well understood. In our current work, 36,147 SNPs based on genotyping-by-sequencing technology (GBS), 39 SSRs and three candidate genes wereassessed in a population of RILs derived from a cross between two maize lines highly contrasting for Al tolerance. Marker-trait associations were performed using generalized linear models (GLM) and multiple interval mapping (MIM), been identified eight QTL on chromosomes 2, 3, 4, 5, 6 and 8. A major QTL, explaining 22% of the genotypic variance ofAl tolerance, was mapped on chromosome 6 (bin 6.00), confirming previously published results. The candidate gene ZmMATE1 was mapped in this region, as well as two expression QTL (eQTL) flanking the target gene, which were considered as cis eQTL. This genomic region was transferred to maize near-isogenic line, resulting in a two-fold increase of Al tolerance associated with an enhanced ZmMATE1 expression. These results validated the QTL6 as capable to improve Al tolerance in maize. The candidate gene ZmMATE2 was colocated with the Al tolerance QTL5.1, but it was not validated in the lines the maize NILs. However, a trans eQTL explaining 24% of genotypic variation of ZmMATE2 expression was mapped to chromosome 3. A high density of GBS-based markers allowed a considerable precision improvement of QTL identified, whose confidence intervals were restricted from 1.7 to 31.7 Mb. Integration of genetic map information with physical genomic position was possible due to the alignment of SNP sequences in the reference maize genome, which is another great advantage of these GBS-based markers. Thus, the results generated here can be directly applied on marker-assisted breeding to develop maize genotypes with improved Al tolerance. Moreover, the other QTL regions combined with in silico search allowed to select new candidate genes to be target for advanced studies, which can contribute to a better understanding of the mechanisms and genes involved in maize Al tolerance.
Asunto: Genômica
Genética quantitativa
Mapeamento cromossômico
Genética
Milho Genética
Marcadores genéticos
Idioma: Inglês
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Tipo de acceso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8WZJ6J
Fecha del documento: 22-jun-2012
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