Herança e mapeamento da resistência do acesso PI567102B ao isolado PPUFV02 de Phakopsora pachyrhizi

Abstract

A ferrugem asiática da soja causada pelo fungo basidiomiceto Phakopsora pachyrhizi (Pp) é a principal doença fúngica da soja no Brasil. O uso de cultivares com genes de resistência (genes R) é uma ferramenta importante para o manejo desta doença, pois, além de reduzir as perdas de produtividade, diminui a pressão de seleção para resistência do fungo aos fungicidas. Sete loci (Rpp1 a Rpp7) que contêm genes que conferem resistência a P. pachyrhizi já foram identificados em soja. O gene Rpp6 derivado da PI567102B foi previamente mapeado em um intervalo de 207 kb no cromossomo 18 da soja, o qual contém 16 genes candidatos. Até o momento, não foram identificados, no Brasil, isolados capazes de suplantar a resistência da PI567102B, demonstrando o potencial de utilização desta fonte em programas de melhoramento visando a piramidação de genes de resistência à Pp em cultivares comerciais, processo que é facilitado e acelerado pela utilização de marcadores proximamente ligados aos diferentes genes de resistência. Portanto, este trabalho teve por objetivo o mapeamento genético de alta resolução do gene Rpp6 visando delimitar a localização do gene a um único gene candidato e desenvolver e validar um marcador funcional para este gene de resistência. Para efetuar o mapeamento de alta resolução, foram desenvolvidas populações segregantes derivadas do cruzamento da variedade Conquista com a PI567102B, e desenvolvidos marcadores CAPS e dCAPS com base em polimorfismos genéticos identificados na região genômica onde o gene Rpp6 foi mapeado. Para identificar os poliformismos genéticos, a variedade Conquista e a PI567102B foram sequenciadas utilizando a tecnologia DNBSeq, que gera sequências pareadas de 100 bp, em uma cobertura final de 50X. A seguir, as sequências obtidas foram alinhadas no genoma de referência da cultivar Williams e as sequências contendo os polimorfismos entre os dois genótipos parentais foram utilizadas no desenho dos marcadores. As populações segregantes foram avaliadas quanto a resistência ao isolado PPUFV02 e com marcadores desenvolvidos que flanqueiam o intervalo de 207 kb. O padrão de segregação obtido indicou que a resistência da PI567102B é controlada por um gene dominante. Todavia, não se observou a segregação da resistência com os marcadores que flanqueiam ou que estão localizados no intervalo genômico onde Rpp6 foi previamente mapeado, indicando que o gene Rpp6 não é efetivo contra PPUFV02 e que a PI567102B possui um outro gene capaz de conferir resistência a este isolado. Esses resultados foram confirmados por testes de progênies de plantas contendo eventos de recombinação entre os marcadores que flanqueiam o intervalo alvo, e estudos de herança e cossegregação em populações segregantes avançadas derivadas da PI 476905A que também possui o mesmo haplótipo da PI567102B na região genômica do gene Rpp6. Estudos de cossegregação da resistência com marcadores ligados aos loci Rpp4 e Rpp5 indicam que o novo gene da PI 567102B não está localizado nestes loci. Estudos adicionais utilizando a estratégia de análise de agrupamentos segregantes por meio de sequenciamento genético estão sendo conduzidos para localizar o novo gene de resistência no genoma da PI567102B e desenvolver marcas proximamente ligadas para usar no melhoramento assistido e para eventualmente clonar e caracterizar este gene. Palavras-chave: Glycine max. Marcadores moleculares. Ferrugem asiática da soja.Asian soybean rust caused by the basidiomycete fungus Phakopsora pachyrhizi (Pp) is the main fungal disease of soybean in Brazil. The use of cultivars with resistance to Asian soybean rust is an important tool for managing this disease, since, in addition to reducing productivity losses, it also reduces the selection pressure for fungicide resistance development. Seven loci (Rpp1 to Rpp7) that contain genes that confer resistance to P. pachyrhizi have already been identified in soybean. The Rpp6 gene derived from PI567102B was previously mapped to a 207 kb interval on soybean chromosome 18, which contains 16 candidate genes. So far, no isolates capable of overcoming PI567102B resistance have been identified in Brazil, demonstrating the potential for using this gene in breeding programs aimed at pyramiding broad-spectrum Pp resistance genes in commercial cultivars, a process that is facilitated and accelerated by using molecular markers closely linked to the different resistance genes. Therefore, this work aimed at high- resolution genetic mapping of Rpp6 to delimit the location of this gene to a single candidate gene and to develop a functional molecular marker. To carry out the high-resolution mapping, F2 segregating populations derived from Conquista x PI567102B were developed. To identify genetic polymorphisms to be use for fine mapping, the Conquista variety and PI567102B were whole genome sequenced using the DNBSeq technology which generates paired sequences of 100 bp, in a final coverage of 50X. Next, the sequences obtained were aligned onto the reference genome of the Williams cultivar and the sequences in the candidate interval containing the polymorphism between the two parental genotypes were used for designing CAPS and dCAPS markers. The segregating populations were evaluated for resistance to the PPUFV02 isolate and with the developed markers that flank the 207 kb interval. The segregation pattern obtained indicated that PI567102B resistance is controlled by a single dominant gene. However, it was not observed cosegregation of resistance gene with the Rpp6 flanking markers, indicating that the Rpp6 gene is not effective against PPUFV02 and that PI567102B has another gene capable of conferring resistance to this isolate. These results were confirmed by progeny-tests of plants with recombination events between the flanking marker and by studies of inheritance and co- segregation studies in advanced segregating populations derived from PI 476905A that also have the same haplotype as PI567102B in the Rpp6 genomic region. Resistance cosegregation studies with markers linked to the Rpp4 and Rpp5 genes indicate that the new PI 567102B gene is not located at these loci. Additional studies using the strategy of bulked segregant analysis and DNA sequencing are being conducted to locate this new resistance gene on PI567102B genome and to develop closely linked markers to be used in marker-assisted breeding, and to eventually clone and characterize this new gene. Keywords: Glycine max. Molecular markers. Asian soybean rust.