Academic literature on the topic 'QTBS'

Yellow rust, caused by Puccinia striiformis West., is an important foliar disease of wheat and barley throughout the world, and the development of resistant cultivars is the most economical and environmentally friendly method of control. Breeding for resistance to yellow rust has, for decades, been based on the use of race-specific resistance genes, which have shown to be short-lived. Non-host resistance has been studied as a possible source of durable resistance. Two major genes, as well as an undetermined number of minor genes, for non-host resistance to the barley attacking form of yellow rust, P. striiformis f. sp. hordei, have been previously detected in the wheat cultivar ‘Lemhi’. The present study aimed at quantifying and mapping those genes using QTL (quantitative trait loci) mapping procedures. For that purpose, an F2 population of 114 individuals resulting from the cross of resistant ‘Lemhi’ with ‘Chinese 166’, a wheat cultivar susceptible to barley yellow rust, was used as the mapping population. QTL effects and significance were estimated by means of interval mapping and MQM mapping procedures. A map for the F2 population was constructed which included 116 DNA markers (14 SSRs and 102 AFLPs). Two major QTLs have been mapped to chromosome arms 1DS (Psh1) and 2BL (Psh2), with significant LOD values. These two QTLs account for 76.7% of the phenotypic variance for resistance to barley yellow rust. Two other QTLs, with a minor effect, were mapped to chromosome arms 5AL (Psh3) and 6AL (Psh4), explaining 5.1% and 10.9% of the phenotypic variation, respectively. The QTL on 5A was derived from the susceptible variety, ‘Chinese 166’. In all cases the resistance towards P. striiformis f.sp. hordei was associated with a visual chlorosis/necrosis response typical of race-specific, host resistance.<br>A ferrugem amarela, cujo agente causal é Puccinia striiformis Westend, é uma doença particularmente importante nas produções de trigo e cevada em todo o mundo, principalmente em regiões de clima fresco e húmido (EVERSMEYER & KRAMER, 2000). Infecções severas deste patogénio podem causar drásticas reduções na altura da planta, no número de grãos por espiga, e no peso e qualidade dos grãos (MA & SINGH, 1996b). A espécie P. striiformis encontra-se dividida em formae speciales, em função do género vegetal que ataca. Por exemplo, o trigo é considerado hospedeiro para P. striiformis f. sp. tritici, a ferrugem amarela do trigo, mas não para a f. sp. hordei, a forma da ferrugem amarela que ataca a cevada. No entanto, a divisão de P. striiformis em formae speciales, e em particular a separação em f. sp. tritici e f. sp. hordei, tem sido fortemente questionada, uma vez que existem vários exemplos de formae speciales com capacidade de atacar genótipos de espécies que estão supostamente fora do seu leque de hospedeiros (hospedeiros ‘inapropriados’) (JOHNSON & LOVELL, 1994; CHEN et al., 1995). O desenvolvimento de cultivares resistentes à ferrugem amarela é actualmente considerado o melhor método de controlo da doença, tanto a nível económico como ambiental. No entanto, o melhoramento para a resistência a esta doença tem assentado, ao longo das últimas décadas, no uso de genes de resistência específica de planta hospedeira, que, na maioria dos casos, têm demonstrado baixa durabilidade (WELLINGS & MCINTOSH, 1990; BAYLES et al., 2000; SING & HUERTA-ESPINO, 2001). O uso generalizado de cultivares portadoras deste tipo de resistência resulta geralmente numa elevada pressão de selecção sobre o patogénio e na sua consequente evolução para novas formas de virulência (BROWN, 1995). Formas de resistência alternativas à resistência específica têm sido estudadas como possíveis fontes de resistência durável. A resistência de planta não hospedeira é considerada por vários autores, a forma mais eficaz de obter durabilidade (HEATH, 1991; CRUTE & PINK, 1996). Na sua generalidade, este tipo de resistência envolve um controlo genético complexo e uma multiplicidade de factores de defesa que impedem o microrganismo de formar uma interacção básica (compatível) com a planta (HEATH, 1991). No entanto, interacções não-hospedeiro entre espécies vegetais filogeneticamente próximas (como é o caso do trigo e da cevada) e formae speciales do mesmo patogénio (P. striiformis f. sp. hordei e P. striiformis f. sp. tritici) parecem envolver mecanismos de resistência semelhantes aos envolvidos na resistência específica de planta hospedeira, que geralmente estão associados ao retardamento do desenvolvimento do patogénio na fase pós-haustorial e à morte das células invadidas (reacção de hipersensibilidade) (NIKS, 1988; GARROOD, 2001). As estratégias de exploração da resistência de planta não hospedeira, assim como a sua durabilidade efectiva, irão, neste sentido, depender de a resistência ser controlada por mecanismos de defesa específicos ou não-específicos (HEATH, 2001). Torna-se, portanto, indispensável a existência de informação detalhada sobre os genes que controlam os mecanismos de resistência de planta não hospedeira, por forma a determinar a viabilidade do uso deste tipo de resistência como fonte de resistência durável. O progresso nos sistemas de marcadores moleculares de DNA e nos programas informáticos de análise genética tornou possível o mapeamento de genes e a identificação de QTLs (Quantitative Trait loci, loci para características quantitativas) com relativa precisão, o que permitiu uma revisão dos métodos de análise genética e das estratégias de melhoramento. A análise de QTLs, i.e., a dissecção genética de características quantitativas, atenta na determinação do número de loci envolvidos na resistência, assim como na localização no genoma da planta e contribuição para o fenótipo de cada um desses loci, através da associação entre a variação de marcadores genéticos numa população segregante e a variação fenotípica para a resistência apresentada por essa mesma população (MOHAN et al., 1997). A tecnologia de microsatélites ou SSRs (Simple Sequence Repeats, repetições de sequências simples), que consistem em repetições em tandem de motivos básicos de 2 a 6 bases (TAUTZ, 1989), emergiu na última década como o sistema de escolha no mapeamento molecular em plantas, e em particular no trigo. Tal ocorre devido ao elevado número de SSRs existente nos genomas das plantas, e porque nesta tecnologia se reúnem as principais vantagens dos diferentes sistemas de marcadores moleculares: são específicos do cromossoma, altamente informativos, co-dominantes, com uma boa cobertura do genoma e com elevado potencial de automatização (MORGANTE & OLIVIERI, 1993; RÖDER et al., 1995; POWELL et al., 1996a; KORZUN et al., 1997). Têm como principal inconveniente o elevado custo de identificação e produção (POWELL et al., 1996a). Vários mapas de ligação foram já desenvolvidos para o trigo baseados neste tipo de marcadores moleculares (DEVOS et al., 1995; PLASCHKE et al., 1995; RÖDER et al., 1995, 1998a, b; BRYAN et al., 1997; STEPHENSON et al., 1998; PESTSOVA et al., 2000; VARSHNEY et al., 2000; SOURDILLE et al., 2001; GUPTA et al., 2002), e têm sido amplamente usados na localização de genes e QTLs responsáveis por resistências a doenças, incluindo a resistência à ferrugem amarela (e.g. CHAGUÉ et al., 1999; PENG et al., 1999, 2000a, b; BOUKHATEM et al., 2002; SUN et al., 2002). Com base num cruzamento entre as cultivares de trigo ‘Lemhi’ (resistente à ferrugem amarela da cevada) e ‘Chinese 166’ (susceptível à doença), JOHNSON & LOVELL (1994) identificaram dois genes major, independentes e dominantes, responsáveis pela resistência de planta não hospedeira à ferrugem amarela da cevada na cv. ‘Lemhi’. Foi igualmente detectada a existência de um número indeterminado de genes minor, alguns dos quais com possível origem na cv. ‘Chinese 166’. Pretendeu-se com o presente trabalho: 1) desenvolver um mapa genético para uma população F2, constituída por 114 indivíduos, derivada do cruzamento ‘Lemhi’ x ‘Chinese 166’ usando marcadores do tipo SSR; 2) adicionar estes marcadores a um mapa de AFLPs previamente construído para a mesma população; e 3) localizar os genes responsáveis pela resistência do trigo à ferrugem amarela da cevada em segregação na população F2 ‘Lemhi’ x ‘Chinese 166’. Cento e dezoito indivíduos da população F2 ‘Lemhi’ x ‘Chinese 166’, assim como as plantas progenitoras desta população, foram previamente testados para resistência/susceptibilidade ao referido patogénio. ‘Lemhi’ apresentou um fenótipo totalmente resistente, enquanto ‘Chinese 166’ se apresentou moderadamente susceptível, o que confirmou a presença de gene(s) minor nesta cultivar. Os 118 indivíduos da F2 analisados fenotipicamente segregaram 115 resistentes : 3 susceptíveis, sugerindo que a resistência de ‘Lemhi’ à ferrugem amarela é efectivamente controlada por dois genes major. Foram testados 88 pares de primers de SSRs para a presença de polimorfismos entre ‘Lemhi’ e ‘Chinese 166’. Desta análise resultou um total de 41 SSRs polimórficos, que foram analisados em 114 indivíduos da população F2. Com base nestes SSRs e em 172 AFLPs (Amplified Fragment Length Polymorphisms, polimorfismos do comprimento dos fragmentos amplificados) anteriormente desenvolvidos para a mesma população, e recorrendo ao programa informático de análise genética JoinMap® versão 3.0 (VAN OOIJEN & VOORRIPS, 2001), foi construído um mapa molecular com 18 mapas de ligação, integrando 116 marcadores de DNA (14 SSRs e 102 AFLPs), e abrangendo 680 cM, com uma densidade média de 1 marcador por cada 6 cM. Os restantes 97 marcadores moleculares não foram integrados no mapa, provavelmente por, dada a extensão do genoma do trigo, não haver marcadores suficientes para criar ligação entre eles. Oito dos 18 grupos de ligação foram ancorados a seis cromossomas (1D, 2B, 3A, 5A, 6A e 6B) pela presença de SSRs. Uma vez que os restantes grupos de ligação não foram associados a nenhum QTL (ver parágrafo seguinte), não foram desenvolvidos esforços no sentido de identificar SSRs específicos para esses grupos de ligação. A identificação de QTLs foi efectuada usando o programa informático de análise de QTLs MapQTL™ versão 4.0 (VAN OOIJEN et al., 2002). Os efeitos dos QTLs e a sua significância para a variação fenotípica total da resistência à ferrugem amarela da cevada foram estimados pelos métodos Interval Mapping e MQM Mapping. Através do método Interval Mapping foram identificados dois QTLs major, localizados nos cromossomas 1DS (Psh1) e 2BL (Psh2), com origem na cv. ‘Lemhi’. Por forma a detectar possíveis QTLs minor mascarados por estes QTLs major, foi aplicado o método MQM Mapping. Neste método, recorre-se ao uso dos marcadores que flanqueiam os QTLs detectados por Interval Mapping como co-factores para eliminar o efeito daqueles e detectar QTLs minor. Após análise por MQM Mapping, foram localizados dois QTLs minor nos cromossomas 5AL (Psh3) e 6AL (Psh4), sendo que o QTL presente no cromossoma 5A deriva da variedade susceptível ‘Chinese 166’. Os quatro QTLs detectados explicam, no seu conjunto, 92,7% da variação fenotípica total da resistência à doença, o que indica que, provavelmente, todos os loci que contribuem para a resistência de planta não hospedeira foram identificados. Neste estudo, verificou-se que a resistência à ferrugem amarela da cevada estava associada a uma resposta fenotípica de clorose/necrose, típica de resistência específica de planta hospedeira. Para além disso, os genes Psh1 e Psh2, genes de resistência de planta não hospedeira à ferrugem amarela da cevada, foram identificados em regiões do genoma do trigo onde se pensa (no caso do Psh1) e onde se sabe (no caso de Psh2) existirem genes de resistência de planta hospedeira (genes Yr) à ferrugem amarela do trigo. Tendo em atenção estes factos, pode considerar-se a possibilidade de uma ligação entre genes Psh e genes Yr, que, a confirmar-se, pode levar a supor que se trata de genes que evoluíram de um mesmo gene de resistência ancestral, possuindo portanto estrutura e modo de acção semelhantes. Se tal se vier a verificar, então a durabilidade de ambos seria, também ela, semelhante. Patologistas e melhoradores teriam que repensar seriamente a validade da busca de genes de resistência de planta não hospedeira como fonte de resistência durável. A clonagem destes genes é, neste sentido, essencial para que estudos bioquímicos e de funcionamento dos genes possam ser posteriormente desenvolvidos, e para que seja determinada a viabilidade do uso dos genes Psh como genes de resistência com efeito duradouro.