Genotipagem seletiva e outras estratégias de amostragem no mapeamento genético e na detecção de QTL em populações F2 simuladas

Abstract

A análise genética ao nível de DNA está se tornado cada vez mais eficiente. Grande quantidade de informações sobre genomas de plantas cultivadas está sendo gerada. No entanto, o principal desafio hoje refere-se à utilização deste conhecimento de forma integrada na prática efetiva do melhoramento genético de plantas. O mapeamento genético e de QTL contém um número considerável de estudos de natureza analítica. Porém, genotipagem de grande número de indivíduos para vários marcadores é uma limitação, mesmo com a revolução causada pela introdução de técnicas baseadas em PCR Polymerase Chain Reaction . Dessa forma, são necessários estudos que envolvem estratégias experimentais como a genotipagem seletiva, que permitem reduzir o número de indivíduos genotipados, mantendo-se o poder de detecção do QTL. A simulação em computador tem sido utilizada para obtenção de propriedades e verificação do desempenho de modelos, métodos, tamanho e tipos de população no mapeamento genético e detecção de QTL. Portanto, o objetivo do trabalho foi investigar, por meio de simulação, tomando como referência populações F2 com 1.000 indivíduos em 36 cenários para características fenotípicas, a influência dos níveis de herdabilidade, da ação gênica e da saturação dos grupos de ligação no mapeamento genético e detecção do QTL. Outro objetivo foi investigar a influência da intensidade de seleção em amostras obtidas por genotipagem seletiva das populações F2 simuladas no mapeamento genético e detecção do QTL. Para intensidade de seleção de 20%, os resultados obtidos pela genotipagem seletiva foram comparados com outras estratégias experimentais de amostragem sistemática, mista e aleatória. Verificou-se no primeiro capítulo que o mapeamento genético em todas as 3.600 populações F2 foi de acordo com o genoma simulado. Em relação à detecção de QTL, pode-se observar que níveis de herdabilidade de 20% e níveis de ação gênica de 5 e 10%, independente da saturação do grupo de ligação, são cenários que não permitem detectar facilmente o QTL. No segundo capítulo, quando a intensidade de seleção da genotipagem seletiva foi de 10%, em muitos cenários, o mapa de ligação obtido foi diferente do esperado. Nas outras intensidades de seleção foi possível a recuperação do mapa de ligação como esperado, mesmo com distorções das marcas próxima ao QTL simulado. Quanto à detecção do QTL, os valores médios dos LOD scores nas populações de 500, 300 e 200 indivíduos amostrados por genotipagem seletiva foram ligeiramente menores que os encontrados nas populações com 1.000 indivíduos. Os resultados obtidos das análises genômica em estratégias experimentais de amostragem mista e genotipagem seletiva foram satisfatórios. Eles mantiveram, em média mapas, de ligação próximos ao esperado, com alto poder de detecção de QTL em comparação com resultados obtidos em amostragem aleatória e sistemática.

The genetic analysis at DNA level has becoming more and more efficient. Much information has been generated on the genomes of plants. Though, the main challenge refers to the integrally application of this knowledge on the effective practice of the genetic plant breeding. A considerable number of analytical studies on the mapping of the genes and QTL have been conducted. However, genotyping a great number of individuals for several markers is a limitation, in spite of the revolution caused by the introduction of techniques based on Polymerase Chain Reaction (PCR). So, there is a need for studies involving experimental strategies such as the selective genotyping, that would allow to reduce the number of genotyped individuals, but keeping the detection power of the QTL. The computer simulation has been used for either obtainment of the properties and verification of the performance by the models, methods, size and population types in the genetic mapping and QTL detection. So, a study was carried out to investigate the influence of the heritability levels, gene action, and the linkage group saturations in the genetic mapping and QTL detection. By using simulation, some F2 populations with 1,000 individuals in 36 sceneries were analyzed for phenotypic traits. Another objective was to investigate the influence of the selection intensity in samples obtained by selective genotyping of the F2 populations simulated in the genetic mapping and QTL detection. For 20% selection intensity, the results from the selective genotyping were compared to other experimental strategies for the samplings of the systematic, mixed and random types. In the first chapter, it was found that the genetic mapping was according to the simulated genome in all 3,600 F2 populations. Concerning to the QLT detection, it is observed that 20% heritability levels and the gene levels of 5 and 10% are sceneries that do not allow for an easy detection of QTL, independent from the saturation of the linkage group. In the second chapter, the linkage map differed from the expected one, when the selection intensity of the selective genotyping was 10% in many sceneries. At the other selection intensities, the recovery of the linkage map was possible as expected, even with distorted marks near to the simulated QTL. Concerning to QTL detection, the average values of the "LOD scores" in the populations with 500, 300 and 200 individuals sampled for selective genotyping were slightly lower than those found in the populations with 1,000 individuals. The results obtained from the genomic analyses in experimental strategies of the mixed sampling and selective genotyping were satisfactory. On average, they maintained linkage maps close to the expected, with high power to detecting QTL in comparison to the results obtained in both random and systematic samplings.