Estudo de associação genômica ampla (GWAS) em Coffea arabica

Abstract

Estudos de associação genômica ampla (GWAS) têm sido utilizados mundialmente para várias espécies de importância econômica. A metodologia possibilita inferir sobre as relações entre variações genéticas e características fenotípicas, em nível populacional, detectando efeitos significativos por meio de testes de hipóteses. O GWAS demonstra grande relevância nos programas de melhoramento, sobretudo de espécies perenes, tendo como principal objetivo identificar regiões cromossômicas e genes candidatos para o controle genético de determinada característica. No entanto, em Coffea arabica, espécie de maior importância econômica do gênero Coffea, existem poucos estudos publicados utilizando essa metodologia. Assim, objetivou-se a identificação de regiões cromossômicas que apresentam associações significativas entre marcadores e características fenotípicas de importância para a espécie C. arabica, por meio de GWAS e selecionar SNP associados para serem utilizados em seleções assistidas por marcadores moleculares. A população de trabalho foi composta por 195 indivíduos de C. arabica, pertencentes à 13 famílias em gerações F 2 , retrocruzamentos suscetíveis e retrocruzamentos resistentes à ferrugem do cafeeiro. As plantas foram fenotipadas para 18 características agronômicas durante três anos consecutivos (2014, 2015 e 2016) e genotipadas por 21.211 marcadores moleculares SNP distribuídos em todo o genoma. O GWAS possibilitou a identificação de 110 SNP com associações significativas (p<0,05) para as características: altura de plantas (AP), comprimento de ramos plagiotrópicos (CRP), número de nós vegetativos (NNV), diâmetro da copa (DCo), tamanho de fruto (TFr), incidência de cercosporiose (Cer) e incidência de ferrugem (Fer). Foram analisados os efeitos de cada marcador SNP associado com as características de interesse e, dessa forma, esses marcadores poderão ser usados, posteriormente, na seleções assistidas por marcadores moleculares (SAM). Esse foi o primeiro trabalho de GWAS para essas características agronômicas em C. arabica e apresentou resultados promissores para os programas de melhoramento da espécie, confirmando a eficiência da metodologia. Palavras-chave: Melhoramento do Cafeeiro. Marcadores SNP. Seleção Assistida por Marcadores.

Genomic wide association studies (GWAS) have been used worldwide for several species of economic importance. The methodology permit to infer the relationship between genetic variation and phenotypic characteristic at the population level, detecting significant effects through hypothesis testing. GWAS shows great relevance in breeding programs, especially for perennial species, aiming to identify chromosomal regions and candidate genes for the genetic control of a trait of interesting. In Coffea arabica, the most economically important species of the genus Coffea, there are few published studies using this methodology. Therefore, the objective of this work was to identify chromosomal regions that present significant associations between markers and phenotypic characteristics of importance to the species C. arabica, by means of GWAS. We also select associated SNP to be used in marker- assisted selection (MAS). The working population consisted of 195 C. arabica individuals, belonging to 13 families in F 2 generations, susceptible backcross and resistant backcross for coffee rust. Plants were phenotyped for 18 agronomic traits in three consecutive years (2014, 2015 and 2016) and genotyped by 21.211 SNP molecular markers distributed throughout the genome. The GWAS allowed the identification of 110 SNP with significant associations (p<0.05) for the characteristics: plant height (PH), plagiotropic branch length (PBL), number of vegetative nodes (NVN), crown diameter (DC), fruit size (FS), incidence of cercosporiosis (Cer) and incidence of rust (Rus). The effects of each associated SNP with the traits were obtained, allowing the future use of these markers for MAS. This is the first work of GWAS for agronomic characteristics in C. arabica and promising results were obtained for the breeding programs of the species, confirming the efficiency of the methodology. Keywords: Coffee Breeding. SNP Markers. Marker-Assisted Selection.