Dilucidando la arquitectura genética de la resistencia a múltiples enfermedades de espiga de maíz (Zea mays L.)

Abstract

El maíz (Zea mays L.) es uno de los cultivos con mayor producción a nivel mundial, pero su rendimiento potencial puede verse afectado por diversas enfermedades. En Argentina, en la región maicera núcleo, prevalecen las podredumbres de espiga causadas por Fusarium verticillioides, F. graminearum, que producen la contaminación de los granos con micotoxinas perjudiciales para la salud humana y animal, y Ustilago maydis. Dado que el desarrollo de genotipos resistentes es la estrategia de manejo más efectiva frente a dichas enfermedades, el objetivo de este trabajo fue investigar la arquitectura genética de la resistencia múltiple a podredumbres de espiga mediante un protocolo que integra GWAS (del inglés, Genome-Wide Association Study), datos transcriptómicos y priorización de genes candidatos (GC) utilizando un algoritmo de aprendizaje automático recientemente entrenado para maíz. Se realizó un GWAS evaluando un panel de 63 líneas del programa de mejoramiento genético (PMG) de maíz de INTA EEA-Pergamino genotipadas con el Maize Illumina BeadChip (50K). Para el análisis, se utilizaron los BLUE (del inglés, Best linear unbiased estimator) de severidad de síntomas para F. verticillioides y F. graminearum en dos ambientes y de incidencia para Ustilago maydis en cinco ambientes. Se identificaron 96 SNP (del inglés, Single Nucleotide Polymorphism) significativos asociados a la resistencia a alguno de los tres patógenos. Se encontraron SNP asociados a la resistencia a los tres patógenos en el cromosoma 2 (bins 2.05, 2.06) y SNP asociados a la resistencia a F. verticillioides y F. graminearum en los cromosomas 2 (bins 2.09, 2.10), 6 (bin 6.07) y 8 (bin 8.08). Debido a la proximidad de los SNP significativos detectados en los bins 2.05 y 2.06, se decidió estudiar la región en su totalidad para determinar GC posicionales. En primer lugar, se definieron los límites de dicha región utilizando las coordenadas del genoma de referencia (Zm-B73-REFERENCE-NAM-5.0) de los SNP significativos más extremos y expandiéndola una unidad de desequilibro de ligamiento (262.000 pb) hacia ambos lados. En esa región, se encuentran 880 genes que fueron rankeados por posible causalidad utilizando un algoritmo de aprendizaje automático. Finalmente, se cotejó el ranking obtenido con un listado de 401 genes diferencialmente expresados entre genotipos resistentes y susceptibles entre 48 y 72 horas post-infección frente a los tres patógenos, proveniente de un metaanálisis de datos transcriptómicos. Como resultado, se logró identificar un set de GC que podrían estar asociados a la resistencia múltiple a podredumbres de espiga y serán evaluados en estudios funcionales.