Mapeamento e caracterização de microssatélites derivados de sequências expressas (EST) e análise de coincidência de QTL em Eucalyptus spp. em ambientes contrastantes

Abstract

No primeiro capítulo desta tese, foi desenvolvido e geneticamente mapeado um novo conjunto de microssatélites para Eucalyptus spp. derivados de EST (Expressed Sequence Tag). Foi feita uma triagem de 232 microssatélites derivados de EST utilizando-se um painel de 12 indivíduos correspondendo aos parentais das populações segregantes do projeto Genolyptus. Dentre os locos amplificados com sucesso, 78% foram polimórficos e apresentaram um nível elevado de transferibilidade interespecífica. Trinta e seis locos foram selecionados para mapeamento com base no tamanho dos segmentos amplificados (< 400 pb), motivos de repetição e BLAST positivo com genes de interesse em bancos públicos de dados. Com o objetivo de mapeamento, os 36 locos foram avaliados quanto ao polimorfismo e a segregação em uma população de referência envolvendo os parentais E. grandis x E. urophylla, verificando-se que a quantidade de locos totalmente informativos foi cerca de 40% menor quando comparados com microssatélites derivados de bibliotecas genômicas enriquecidas. Apesar da menor hipervariabilidade estes locos são interessantes para mapeamento, pois correspondem a regiões gênicas, possibilitando mapeamento comparativo e potencial colocalização de genes com QTLs. Dos locos em configuração informativa de segregação, 20 foram mapeados com sucesso. Estes locos mapeados foram caracterizados quanto ao seu conteúdo de informação para análise genética. Embora os microssatélites derivados de EST sejam menos polimórficos que os microssatélites derivados de sequências não codificantes, ainda assim eles podem ser utilizados com eficiência na discriminação de indivíduos, estudos de parentesco, avaliação de diversidade genética, mapeamento genético e seleção assistida por marcadores. O segundo capítulo teve como objetivo a verificação da coincidência de detecção de QTLs por meio da comparação da posição genômica e magnitude de efeito de QTLs para características silviculturais de crescimento e de qualidade da madeira em amostras de descendentes de três famílias segregantes de Eucalyptus spp. em dois locais experimentais contrastantes (Guanhães- MG e Guaíba- RS). As famílias estudadas foram: (E. camadulensis) x (E. urophilla x E. globulus), C1 x UGL, (E. dunii x E. grandis) x (E. urophilla x E. globulus), DG x U2, e (E. dunii x E. grandis) x (E. urophilla), DG x UGL. Primeiramente foram selecionados marcadores microssatélites flanqueantes e internos às regiões de QTL mapeados em experimentos anteriores para estas três famílias oriundas do ambiente de Guaíba-RS. Posteriormente mapeou-se estes marcadores utilizando-se diferentes indivíduos destas mesmas três famílias oriundos do ambiente de Guanhães-MG. Foram estudados QTLs para oito características quantitativas relacionadas com desempenho silvicultural e qualidade da madeira. Detectou-se dois QTLs (altura e profundidade de penetração do Pilodyn) em comum para os dois ambientes, no genitor UGL da família C1 x UGL; dois QTLs (teor de lignina e rendimento depurado) nos genitores DG e U2 respectivamente, do cruzamento DG x U2 e quatro QTLs (dois para diâmetro à altura do peito, um para altura e um para volume) no genitor UGL, do cruzamento DG x UGL, sendo que dois destes se colocalizaram com QTLs para características biologicamente correlacionadas (r > 0,8). Ainda, três QTLs (diâmetro à altura do peito, altura e profundidade de penetração do Pilodyn) localizados no grupo de ligação 6 do genitor UGL se mostraram estáveis entre os diferentes backgrounds genéticos e ambientes. Os resultados indicam que QTLs de maior efeito para características de qualidade da madeira são detectados em ambientes contrastantes e/ou entre diferentes backgrounds genéticos, sugerindo que a variabilidade ambiental e de background genético não teve impacto detectável sobre a expressão dos genes presentes nestes QTLs. Estes resultados inéditos para Eucalyptus são relevantes, pois fornecem regiões alvo interessantes para a seleção assistida dentro de famílias via seleção para QTLs ou ainda como ponto de partida para estudos de genética de associação.

The first part of this work involved the development and genetic mapping of a new battery of microsatellites for Eucalyptus derived from ESTs. Screening of 232 microsatellites derived from ESTs was carried out using a panel of 12 individuals corresponding to the parents used for population development in the Genolyptus project. Among the successfully amplified loci, 78% were polymorphic and showed complete inter-specific transferability. Thirty six loci were selected for mapping based on the amplicon size (< 400 pb), repeat motif and positive BLAST with interesting genes in public databases. With the objective of mapping, 36 loci were evaluated with regard to polymorphism and segregation in a reference segregating population derived from a cross between E. grandis x E. urophylla. The proportion of loci segregating in a fully informative configuration was about 40% lower than the one seen for microsatellites derived from genomic-enriched libraries. In spite of a relatively lower genetic information content, these loci are interesting for mapping, as they correspond to genes, allowing comparative mapping and potential co-location with QTL. Among the informative loci, 20 were successfully mapped in the particular reference mapping population. These mapped loci were characterized for polymorphism information content. Although EST derived microsatellites are generally less informative than those derived from non coding genomic regions they can be effectively used for individual identification, paternity analysis, evaluation of genetic diversity, certification of controlled crosses, genetic mapping and marker-assisted selection. In the second part of this work the coincidence in QTL detection was investigated by comparing the position and magnitude of effect of QTLs for wood and growth properties in three partially connected segregating populations of Eucalyptus spp. in two contrasting environments (Guanhães-MG and Guaíba-RS) over 3,000 km apart in a north-south latitude gradient. The families studied were: (E. camadulensis) x (E. urophilla x E. globulus), C1 x UGL, (E. dunnii x E. grandis) x (E. urophylla x E. globulus), DG x U2, and (E. dunnii x E. grandis) x (E. uropyilla), DG x UGL. Microsatellite markers flanking QTLs mapped in previous studies in these three families in Guaíba-RS were selected for the coincidence study. These markers were mapped using different sets of individuals from the same three families planted in Guanhães-MG. QTLs for eight quantitative traits related to wood and growth properties were studied. Two QTL (height and depth of pilodyn penetration, i.e. wood density) were detected in common for the two environments in the UGL parent (cross C1 x UGL); two (lignin content and pulp yield) in parents DG and U2 respectively (cross DG x U2) and four QTLs (two for diameter at breast height, one for height and one for volume), two of them colocalized with QTLs for biologically correlated traits (r > 0.8), in the parent UGL (cross DG x UGL). Furthermore, three QTLs (diameter at breast height, height and pilodyn penetration depth) located on linkage group 6 of the parent UGL were stable across the different genetic backgrounds and environments. Results indicate that QTLs of major effect for wood property traits are consistently detected in contrasting environments and/or different genetic backgrounds, suggesting that environmental variability and genetic background did not have a detectable impact on the action of the genes or genomic regions underlying these QTL, while other QTLs detected only in one of the environments are possibly under strong environmental interaction. These novel results are relevant, given that they provide target regions for marker assisted selection within families and starting point for association genetics studies.