Diversidade genética e mapeamento associativo para resistência à fumonisinas em milho tropical utilizando marcadores SNPs

Abstract

O conhecimento da diversidade genética é fundamental para um programa de melhoramento de plantas pois ajuda entender a relação genética entre as linhagens para direcionar cruzamentos. O mapeamento associativo (GWAS) é um dos principais métodos para relacionar genes e alelos às características de interesse, por meio da co-segregação de marcadores genéticos polimórficos com variação fenotípica. Este trabalho teve como objetivo investigar a diversidade genética de linhagens de milho e verificar a relação entre diversidade genética e padrões heteróticos para a produção de grãos dos híbridos. Com outro conjunto de dados, o objetivo foi identificar regiões genômicas associada com à fumonisina no milho, por meio do mapeamento associativo. Para o estudo da diversidade genética, um total de 1.041 linhagens foram genotipadas por sequenciamento, gerando 32.840 SNPs. Além disso, a diversidade genética de linhagens foi correlacionada com a produção de grãos de 591 híbridos, entre as linhagens genotipadas. No entanto, apenas essas distâncias genéticas entre linhagens não foram suficientes para predizer o desempenho híbrido, uma vez que foi obtida uma correlação de Pearson baixa, embora significativa (0,22, p <0,01) entre distâncias genéticas dos parentais e a produção de grãos dos híbridos. O estudo de mapeamento associativo foi conduzido usando dados fenotípicos de 205 linhagens do painel de milho avaliadas em três ensaios de campo realizados em Sergipe, e um conjunto de 385.654 SNPs. O GWAS foi possível encontrar 45 SNPs significativamente associados à resistência à fumonisinas, agrupados em 19 QTLs. Os QTLs nos bins 2.05, 2.06, 2.08, 2.09, 3.06, 4.05, 5.01 e 10.03 possuem genes candidatos. Com funções preditas implicadas na resistência a patógenos. Os QTLs serão úteis para a seleção assistida por marcadores e para uma melhor compreensão da resistência à fumonisina em milho. Palavras-chave: Genes. Marcadores moleculares. Melhoramento genético. Zea mays.

The knowledge of genetic diversity is critical for a successful breeding program, helping to dissect the genetic relationship among lines and to identify superior parents. Genome-Wide Association (GWAS) is one of the main methods for relating genes and alleles to the traits of interest, through the co-segregation of polymorphic genetic markers with the genes involved in the variation of the traits. We investigate the genetic diversity of maize inbred lines and verify the relationship between genetic diversity and heterotic patterns based on hybrid grain yield. Subsequently, with another data set, we aimed to genomic regions for fumonisin resistance in maize. For the genetic diversity study, a total of 1,041 maize inbred lines were genotyped-by- sequencing (GBS), generating 32,840 SNPs. Additionally, the genetic diversity of lines was correlated with grain yield of 591 single-cross hybrids. However, solely these genetic distances among inbred lines were not good predictors of the hybrid performance, once a low but significant Pearson’s correlation (0.22, p ≤ 0.01) was obtained between parental genetic distances and hybrids performance. GWAS was conducted using phenotypic data from 205 tropical maize inbreed lines evaluated in three field trials conducted in Sergipe, Brazil and a set of 385,654 high-quality polymorphic SNPs generated using GBS. A total of forty-five SNPs significantly associated with resistance to fumonisin in maize were found and clustered into 19 QTLs. QTLs in bins 2.05, 2.06, 2.08, 2.09, 3.06, 4.05, 5.01 and 10.03 have candidate genes. Genes with annotated functions probably implicated in resistance to pathogens based on previous studies have been highlighted. The QTLs will be useful for marker-assisted selection and for a better understanding of maize resistance fumonisin. Keywords: Genes. Molecular markers. Plant Breeding. Zea mays.