Desenvolvimento de ferramentas genéticas e genômicas para introgessão de genes silvestres no amendoim cultivado

Abstract

O gênero Arachis possui 80 espécies descritas. A espécie cultivada comercialmente para a produção de grãos de amendoim (A. hypogaea) é dispersa e cultivada ao redor do mundo. Ferramentas genéticas e genômicas, como mapeamento genético e obtenção de populações de retrocruzamento, vêm sendo desenvolvidas visando auxiliar programas de melhoramento genético de amendoim, principalmente para introgressão de genes de resistência das espécies silvestres na espécie cultivada. Primeiramente um mapa genético de ligação foi construído em uma população F2 resultante do cruzamento entre A. hypogaea e um anfidiplóide sintético obtido do cruzamento de duas espécies silvestres diplóides, cujos cromossomos foram duplicados com colchicina (Runner IAC 886 – genoma AB x [A. duranensis – genoma A x A. ipaënsis – genoma B]c). Foram testados 636 marcadores microssatélites, dos quais 173 mostraram-se polimórficos. Desses 69% foram polimórficos para o genoma A e 31% polimórficos para o genoma B. Apenas 113 marcadores foram genotipados na população F2, dos quais apenas 6 desviaram da proporção 1:2:1 esperada (p<0,05). Os marcadores não distorcidos foram utilizados para definição dos grupos de ligação, usando o LOD mínimo de 4 e fração de recombinação máxima de 0,35. O mapa gerado apresentou 74 locos mapeados no genoma A, distribuídos em 10 grupos de ligação e com tamanho total de 868,6 cM. No genoma B, 23 locos foram mapeados em 6 grupos de ligação, com distância total de 387,6 cM. O mapa apresentou grupos de ligação com tamanhos que variaram de 8,7 cM a 135,9 cM e os 16 grupos totalizaram um comprimento total de mapa de 1256,2 cM. Linhagens de introgressão foram desenvolvidas por gerações de retrocruzamentos a partir do híbrido F1 (Runner IAC 886 x [A. duranensis x A. ipaënsis]c) e caracterizadas geneticamente com marcadores microssatélites selecionados do mapa genético desenvolvido. Na geração RC1 foram identificados 43 híbridos, e com o retrocruzamento desses com a cultivar Runner IAC 886, foram obtidos 38 híbridos na geração RC2. Para a caracterização genômica das linhagens de introgressão, foram utilizados 36 marcadores microssatélites, distribuídos em 11 grupos de ligação do mapa tetraplóide obtido. A análise de introgressão revelou que, na geração RC1, a porcentagem média dos segmentos genômicos heterozigotos foi de 41,96%. Na geração RC2, a porcentagem média diminuiu para 11,79%, variando entre 2,78% e 36,11% entre as 37 linhagens identificadas como híbridas. Observa-se, portanto, uma diminuição relativa entre as gerações de 71,9% do conteúdo genômico heterozigoto (doador). Nas gerações RC1 e RC2, foi observada, nos locos amostrados, a completa cobertura do genoma silvestre, distribuído no “background” da variedade elite Runner IAC 886. O desenvolvimento das linhagens de introgressão será de grande utilidade para o melhoramento da cultura, por possibilitar a descoberta, a localização e a avaliação de genes silvestres de interesse no background da variedade cultivada.A implementação de seleção assistida por marcadores nos programas de melhoramento poderá acelerar consideravelmente, além de tornar mais eficiente, o processo de introgressão desses genes silvestres no amendoim cultivado. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

The genus Arachis has 80 described species. The commercially cultivated species for peanut grain production (A. hypogaea) is dispersed and cultivated throughout the world. Genetic and genomic tools, such as genetic mapping and backcross populations, have been developed to assist peanut breeding programs, especially for introgression of resistance genes from wild species into the cultivated species. Firstly a genetic linkage map was constructed in an F2 population resulting from a crossbetween A. hypogaea and a synthetic amphidiploid, obtained by crossing two wild diploid species whose chromosomes have been duplicated with colchicine (Runner IAC 886 - genome AB x [A. duranensis - genome A x A. ipaënsis - B genome]c). A total of 636 microsatellite markers were tested, of which 173 showed polymorphism, being 69% for A genome and 31.2% polymorphic for the B genome. Only 113 markers were genotyped in the F2 population, where only six deviated from the 1:2:1 expected proportion (p <0.05). Non-distorted markers were used to establish the linkage groups using a minimum LOD score of 4 and maximum recombination fraction value of 0.35. This map had 74 loci mapped in the genome A, distributed in 10 linkage groups and total size of 868.6 cM. In the B genome, 23 loci were mapped into six linkage groups, with total distance of 387.6 cM. The map showed linkage groups ranging in size from 8.7 cM to 135.9 cM and 16 groups with a total map length of 1256.2 cM. Introgression lines were developed by backcrosses of the F1 hybrid (Runner IAC 886 x [A. duranensis x A. ipaënsis]c) and genetically characterized with microsatellite markers selected from the genetic map obtained. In the BC1 generation 43 hybrids were identified, and with their backcross to the Runner IAC 886 cultivar, 38 hybrids were obtained in BC2 generation. For genetic characterization of the introgression lines, 36 microsatellite markers were used, distributed through 11 linkage groups from the tetraploid F2 map. Introgression analysis revealed that, in the BC1 generation, the mean percentage of heterozygous genomic segments was 41.96%. In RC2 generation, the mean percentage decreased to 11.79%, ranging from 2.78% to 36.11% among the 37 plants identified as hybrids. It was observed therefore a relative decrease of heterozygous (donor) genomic content between generations of 71.9%. In the BC1 and BC2 generations a complete coverage of the wild genome distributed in the background of the Runner IAC 886 elite variety was obtained. The use of microsatellite markers allowed the construction of a genetic map for the Arachis tetraploid genome through an interspecific population. The development of introgression lines will be very useful for crop breeding by enabling the discovery, location and evaluation of wild genes of interest in the cultivated variety background.The implementation of marker-assisted selection in breeding programswill accelerate considerably, and making more efficient, the process of introgression of wild genes into cultivated peanut.