Mapeamento Molecular de Características de Importância Agronômica

1. Mapeamento Molecular de Características de Importância Agronômica Antonio Costa de Oliveira, PhD Centro de Genômica e Fitomelhoramento Faculdade de AgronomiaEliseuMaciel

2. Tipos de Marcadores • Morfológicos • Bioquímicos • Moleculares • RFLP • Baseados em PCR • AFLP

3. Uso em Análises Genéticas • Estudos de diversidade genética • Estudos evolutivos • Mapeamento genético • Clonagem por mapeamento

4. Uso em Melhoramento Vegetal e Animal • Seleção assistida por marcadores • Mapeamento comparativo • Mapeamento de QTLs • Seleção de progenitores • Predição de heterose • Identificação de germoplasma

5. Outras Aplicações • Diagnóstico de moléstias e contaminações • Identificação de raças • Identificação de cultivares (fingerprinting)

6. Estratégias de Mapeamento • Biologia e diversidade das espécies; • Populações F2 segregantes ou retrocruzamentos; • Progênie de pelo menos 100 indivíduos; • Linhagens endogâmicas recombinantes • Análise de Blocos Segregantes

7. Linhagens Endogâmicas Recombinantes • Caracterização de cada linhagem em alelos x loco; • Vantagens sobre a população F2: • População permanente; • Informação cumulativa; • Avaliação em vários ambientes; • Mapas mais extensos; • Mapeamento mais rápido

24. Estratégias de Acúmulo de Marcadores • Genes sem produto conhecido; • Mapeamento enriquecido na região alvo • Tecnologias que geram grandes volumes de marcadores; • Estoques genéticos idênticos ou quase idênticos em regiões ao longo do genoma

25. Estoques Genéticos • Linhas quase isogênicas; • Marcadores flanqueando o gene; • Blocos segregantes; • Amostras reunidas.

26. P1 P2 F1 BC1 BC7F2(NIL) A Gene alvo P1 P2 B F1 F2 Gene alvo Bulk 1 Bulk 2

27. P1 P2 NIL Bulk 1 Bulk 2 Análise de marcadores

28. Clonagem por Mapeamento • Estratégias envolvendo grandes insertos (YACs ou BACs) • Insertos de 100-300 kb que podem englobar marcadores que flanqueiam o gene alvo; • Supressão de recombinação; • Distâncias físicas x genéticas.

29. Mapeando QTLs • Testando para efeitos de QTLs • Análise de intervalo - leva em conta a distância genética entre marcadores ordenados e calcula a verossimilhança em aumentos específicos do intervalo; • LOD escores (2,0 a 3,0 mais usados)

30. Identificação de QTLs para florescimento em arroz(Hd6) e caracterização de suas interações epistáticas com Hd2 usando linhas avançadas de retrocruzamento. Yamamoto et al., 2000 • Nipponbare x Kasalath Nip x F1 BC1F1 x Testadas para homozigose em 5 QTLs de Nip com RFLPs BC1F2 Nip x BC1F2* x BC4F1 BC4F2 (n=100) 50 plantas BC4F3 de cada ( análise de QTLs)

31. Yamamoto et al. 2000 • Mapas de ligação : 26 RFLPs nestas regiões selecionados de um mapa denso obtido por Harushima et al., 1998. • Avaliação da ação gênica e confirmação da interação epistática do QTL: • 4 comprimentos de dia (10,5; 12; 13,5 e 14,5 h) • QTL-NIL Homozigota para o alelo de Kasalath e Nipponbare usados como controle; • 3 linhas de QTL-NILs: NIL(Hd2); NIL(QTL alvo); NIL(Hd2/QTL alvo) nas quais ambos os QTLs são introgredidos.

32. Yamamoto et al. 2000 • Resultados • O QTL mais significativo do mapeamento derivado da planta BC4F1-37-7 foi o Hd6 (novo) localizado no braço longo do cromossomo 3; • O mapeamento fino de Hd6 foi obtido com 5 marcadores RFLP cosegregando com o loco, A herança foi mendeliana (1:2:1); • Caracterização de Hd6 como o loco causando sensitividade ao fotoperíodo; • Epistasia entre Hd2 e Hd6

33. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hd2 Hd1 Hd3 Hd4 Hd5 Kasalath Planta BC4F1-37-7 Nipponbare

34. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hd2 Hd6 Kasalath Linha NIL Hd6 Nipponbare

35. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hd2 Hd6 Kasalath Linha NIL (Hd2) Nipponbare

36. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hd2 Hd6 Kasalath Linha NIL Hd2/Hd6 Nipponbare

37. Genótipo Hd6 N H K Dias para o florescimento 120 110 95 N H K Genótipo Hd2

38. Tabela 2. Comparação de dias para o florescimento de 3 QTL-NILs e o pai recorrente, nipponbare, sob diferentes comprimentos de dia Comprimento do dia (h) QTL-NIL 10,5 12,0 13,5 14,5 Diferença Nipponbare 44,3 49,1 75,4 >120,0 >75,7 Hd2 48,3 60,8 - 100,3 52,0 Hd6 45,3 47,4 98,7 >120,0 >74,7 Hd2, Hd6 51,7 68,3 - 104,7 53,0

39. Mapeamento molecular de loci para características de importância agronômica no cromossomo 3A de trigo. Shah et al., 1999 • Genótipos: Cheyenne (CNN), linha de substituição CNN(WI3A) e 50 CNN(RICL-3A) desenvolvidas em background CNN; • Ambientes: 4 a 8 diferentes locais em Nebraska-EUA; • Características: • produtividade (GYLD); • número de grãos por espiga (KPS); • Peso de mil grãos (TKWT); • número de espigas por m2 (SPSM); • peso do volume de grão (GVWT); • estatura de planta(PHT); • data da antese (locus Eps)

40. Shah et al., 1999 • Mapa de ligação: • 13 RFLPs específicos para o cromossomo 3A e polimórficos entre CNN e WI mais um marcador morfológico Eps foram mapeados; • Resultados: • Locos individuais explicaram 8,9 a 38,2% da variação fenotípica para as características avaliadas; • O Loco Eps foi mapeado e explicou 38,2% da variação fenotípica para PHT e 17,4% para ambas KPS e TKWT. • Alguns QTLs adicionais foram encontrados, Qtls para GYLD só foram encontrados em alguns ambientes, enquanto que não foram encontrados QTLs para GVWT; • Não foi encontrada epistasia entre marcadores associados aos QTLs; • Qtls encontrados em diferentes ambientes foram consistentes pelo menos na maioria deles.

41. Conclusões e Perspectivas • Os avanços com a saturação dos mapas e informações do mapeamento comparativo, estão permitindo um detalhamento maior das características quantitativas, porém as duplicações genômicas e multiplicidade de regiões atuando em uma característica, são fatores que ainda retardam o progresso do melhoramento molecular.