Associação genômica ampla para caracteres relacionados à qualidade do grão de milho-pipoca

Abstract

Os caracteres relacionados a qualidade do grão são de herança poligênica e de estrutura gênica complexa. As alfa-zeinas possuem relação com a capacidade de expansão do grão, enquanto amido, amilose e amilopectina estão relacionados com a textura do grão, desempenhando papel chave na expansão do endosperma translúcido. Foram avaliados 286 genótipos pertencentes a duas populações UFV-MPS e Beija-Flor. O estudo de associação genômica foi conduzido com 140.520 SNPs e 109.999 SNPs, envolvendo 10 e sete caracteres relacionados a qualidade do grão, respectivamente às populações UFV-MPS5 e Beija-Flor. Os resultados demonstraram que existe divergência genética entre as populações para conteúdo de alfa-zeínas (19 e 22 kDa), mas também para concentração de zeínas totais e subunidades de 21 e 27 kDa. Os dados fenotípicos em conjunto com dados genotípicos foram analisados por associação genômica. Para a população UFV-MPS5, foram identificadas 209 associações significativas, sendo 102 referentes a subunidade de 19 kDa, 80 referentes a subunidade de 22 kDa, 8 referentes ao conteúdo de amido e 19 referentes ao conteúdo de amilose. Os genes candidatos para esta população foram relacionados a quatro processos biológicos, um componente celular, quatro funções moleculares e cinco classes de proteinas. Na população Beija Flor foram identificadas seis associações referente a subunidade de 21 kDa. Ao teor de amido e amilose foram identificados quatro genes candidatos, distribuídos em quatro cromossomos (1, 2, 6 e 10). Além destes, foram identificados oito genes candidatos relacionadas as subunidades de zeínas, destes três genes relacionados a biossintese de alfa-zeínas além de fatores de transcrição e chaperonas, demonstrando que o acúmulo e biossintese de zeinas é regido por múltiplos elementos, envolvendo famílias gênicas e fatores transcricionais. Além disso, a utilização da eletroforese micro fluidica, demonstrou-se como ferramenta promissora na caracterização de genótipos em larga escala e na identificação de genótipos de alta CE. Palavras-chave: Milho Pipoca. Alfa-Zeinas. Amido. Amilose. GWAs

Many quality trait related to grain is a quantitative trait and has complex structure genetics. Alfa-zeins can be associated with a volume of expansion in popcorn, however, starch, amylose, and amylopectin are related to grain texture, play a role in translucent’s endosperm. In this study, we evaluated 286 genotypes of two populations UFV-MP5 (bi-parental population) and Beiya-Flor (tropical population). The genome-wide studies had performed with 140.530 SNPs and 109.999 SNPs, for ten and seven quality traits related to UFV-MP5 and Beia-Flor, respectively. The results suggested interpopulation genetic diversity for alfa-zeins content (19 e 22 kDa), but also for concentration of total zein and subunits of 21 and 27 kDa in popcorn. The Phenotypic data and genotypic data had analyzed together via GWAS. In UFV-MP5, we found 209 significant associations, of which 102 associated with 19 kDa zein subunits, 80 associated with 22 kDa zein subunits, eight associated with starch content, and 19 associated with amylose content. The candidate genes were related to four biological processes, one cellular component, four molecular functions, and five protein classes. In Beija-Flor, we found six significant associations for 21 kDa subunit zein. Four genes candidate had identified for starch and amylose contentes, distributed in four chromosomes (1, 2, 6 and 10). In addition, eight candidate genes for zeins subunits were identified, which three genes related to alfa-zeins biosynthesis in addition to transcription factors and chaperones. This evidence suggests that zeins accumulation and biosynthesis could be dependent on many elements such as families of gene and transcriptional factors. In this scenario, this work suggested genes involved direct in zein biosynthesis in popcorn, this information can be useful for breeding programs and biotechnology studies. Moreover, the lab-on-a-chip electrophoresis has shown to be promising for evaluation on a large scale of genotypes and in the identification of high capacity of expansion genotypes. Keywords: Popcorn. Alfa-zeins. Starch. Amylose. GWAs