GBS-based single dosage markers for linkage and QTL mapping allow gene mining for yield-related traits in sugarcane

• Processo: 17/00104-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Publicações científicas - Artigo
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2017
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2017
• Área do conhecimento: Ciências Agrárias - Agronomia
• Pesquisador responsável: Monalisa Sampaio Carneiro
• Beneficiário: Monalisa Sampaio Carneiro
• Instituição Sede: Centro de Ciências Agrárias (CCA). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). Araras , SP, Brasil
• Assunto(s): Genética vegetal Marcador molecular Saccharum Polimorfismo de um único nucleotídeo
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: allelic dosage | Molecular markers | polyploidy | quantitative traits | Saccharum spp | SNPs | Genética Vegetal

Resumo

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é predominantemente uma planta autopoliploide com variável nível de ploidia, frequente aneuploidia e genoma de tamanho grande que dificulta a investigação de sua organização. Estudos de arquitetura genética são importantes para identificar regiões genômicas associadas com características de interesse. Entretanto, devido a complexidade genética da cana-de-açúcar, aplicações práticas de ferramentas genômicas estão notadamente atrasadas nesta cultura, em contraste com outras que já avançam para seleção assistida por marcadores (marker-assisted selection, MAS) e seleção genômica. Tecnologias de sequenciamento de próxima geração (next-generation sequencing, NGS) de alto rendimento têm aberto novas oportunidades para descoberta de marcadores moleculares, especialmente polimorfismos de único nucleotídeo (single nucleotide polymorphisms, SNPs) e inserções-deleções (insertion-deletion, indels) ao nível do genoma. Os objetivos desse estudo foram: (i) estabelecer um protocolo para identificar variantes a partir de dados de genotipagem por sequenciamento (genotyping-by-sequencing, GBS) em cana-de-açúcar; (ii) construir um mapa genético integrado com marcadores baseados em GBS juntamente com marcadores TRAP (target region amplification polymorphisms) e microssatélites (simple sequence repeats, SSR); (iii) detectar QTLs (quantitative trait loci) associados com características relacionadas com produtividade; e (iv) realizar anotação das sequências que originaram os marcadores associados com QTLs mapeados para buscar putativos genes candidatos. Foram utilizados quatro pseudo-referências para alinhar as leituras do GBS. Dependendo da referência, de 3,433 a 15,906 marcadores de alta qualidade foram descobertos, e na média metade deles segregaram como doses únicas (single-dose markers, SDMs). Em adição, 7,049 SDMs não-redundantes originados a partir do GBS e 629 marcadores baseados em gel foram utilizados em análise de ligação. Do total de 7,678 SDMs, 993 foram mapeados. Esses marcadores foram distribuídos através de 223 grupos de ligação, os quais foram agrupados em 18 grupos de homo(eo)logia (homo(eo)logous groups, HGs), com um tamanho de mapa cumulativo de 3,682.04 cM e uma densidade média de marcador de 3,70 cM. Foi realizado o mapeamento de QTL para quatro características e foram encontrados sete QTLs. Nossos resultados sugerem a presença de um QTL estável entre locais. Além disso, QTLs para as características conteúdo de sólidos solúveis (BRIX) e teor de fibra (FIB) tiveram marcadores ligados com putativos genes candidatos. Este estudo é o primeiro a reportar o uso de GBS para descoberta de variantes em larga-escala e genotipagem de uma população de mapeamento em cana-de-açúcar, fornecendo vários insights sobre o uso de dados NGS em um poliplóide, espécies não-modelo. O uso de GBS gerou um grande número de marcadores e ainda permitiu a estimativa de ploidia e dosagem alélica. Além disso, nós conseguimos identificar sete QTLs, dois dos quais têm grande potencial para validação e uso para melhoramento molecular em cana-de-açúcar. (AU)