Diversidad genómica y mapeo por asociación para la resistencia a la podredumbre húmeda del capítulo causada por Sclerotinia sclerotiorum en girasol

Abstract

Argentina tiene una larga tradición en el mejoramiento de girasol, siendo su germoplasma un recurso genético invaluable a nivel mundial. Nuestro país es el tercer exportador mundial de aceite crudo y segundo exportador de harinas proteicas y pellet. Actualmente, la producción del cultivo presenta una importante brecha entre el rendimiento real y el rendimiento potencial debido principalmente a las limitantes generadas por los estreses bióticos y abióticos. El mapeo por asociación (MA) es un método de mapeo de QTL (del inglés, Quantitative trait loci) que tiene el potencial de identificar las bases genéticas de características cuantitativas complejas, alcanzando resolución a nivel de genes individuales. Los objetivos de este trabajo comprendieron: 1) el estudio de la diversidad genómica en colecciones de girasol cultivado conservadas en el Banco Activo de Germoplasma de INTA Manfredi (BAG-IM); y 2) la identificación de genes involucrados en la defensa a la Podredumbre Húmeda del Capítulo (PHC) causada por Sclerotinia sclerotiorum utilizando la estrategia de MA. La población de mapeo por asociación (PMA) para caracteres complejos de INTA, constituida por 137 líneas endocriadas pertenecientes al programa de mejoramiento de girasol, fue genotipificada con un panel de 384 polimorfismos de nucleótido simple (SNPs) basado en la tecnología Veracode (Illumina), 28 genes candidato y 42 marcadores microsatélite (SSRs). Los estudios de diversidad realizados mostraron que tanto los SSR como los SNPs resultaron informativos para la caracterización del germoplasma. En general, las estimas de variabilidad genética fueron moderadas, al tiempo que se obtuvieron evidencias de la existencia de tres grupos genéticos diferentes en la PMA. La respuesta a PHC en las líneas de la PMA fue evaluada a campo durante cinco campañas sucesivas con inoculación asistida con esporas del hongo, registrando como medidas fenotípicas la incidencia, severidad y período de incubación de la enfermedad. El análisis estadístico de las asociaciones fenotipo-genotipo llevado a cabo, ya sea mediante el uso de modelos lineales mixtos que contemplan la existencia de estructuración y relaciones de parentesco entre los individuos de la población de mapeo, o modelos bayesianos de interrogación simultánea de loci, permitió la identificación de polimorfismos asociados con reducción de la enfermedad (p<0,05). Los resultados obtenidos demuestran que los estudios de asociación son herramientas útiles a la hora de identificar genes implicados en caracteres complejos para ser usados como insumos para el mejoramiento genético del cultivo de girasol.

Argentina has a long tradition of sunflower breeding, and its germplasm is a valuable genetic resource worldwide. Our country is the third global oil exporter and the second protein meal pellet exporter. Nowadays, there is a significant gap between actual and potential yield, mainly due to biotic and abiotic stresses. Association mapping (AM) is a method for QTL mapping that has a potential resolution to the level of individual genes. The aims of this thesis were to: a) study the genomic diversity in a set of sunflower accessions preserved at the Active Germplasm bank of INTA Manfredi (AGB-IM); and b) identify gene loci involved in resistance to Sclerotinia Head Rot disease in sunflower by an association mapping approach. The association mapping population (AMP) for complex characters of INTA, composed of 137 inbred lines from the sunflower breeding program, was genotyped with an Illumina 384-plex oligo pool assay, 28 candidate genes and 42 microsatellite markers (SSR). The analysis of polymorphism in the set of sunflower accessions studied here showed that both the microsatellites and Single Nucleotide Polymorphism (SNP) markers were informative for germplasm characterization. In general, the estimates of genetic variability were moderate, while evidence for the existence of three different genetic groups was found in the AMP. The AMP was evaluated for disease incidence, severity and incubation period (PI) after assisted inoculation with the pathogen across five campaigns in replicated field trials. Mixed linear models accounting for population structure and kinship relatedness, as well as a Bayesian approach for multilocus association mapping, were used for the statistical analysis of phenotype-genotype associations, allowing the identification of polymorphisms associated with disease reduction (p<0.05). These results demonstrate the potential of candidate gene association mapping for complex trait dissection in sunflower, contributing to the generation of useful tools for sunflower molecular breeding.