Detección de fuentes novedosas de resistencia genética a fusariosis de la espiga en trigo pan (Triticum aestivum L.)

Abstract

En el cultivo de trigo (Triticum aestivum L.) la fusariosis de la espiga, causada por el hongo Fusarium graminearum Schwabe, está muy difundida y es altamente destructiva, afectando rendimiento, calidad e inocuidad del grano. La estrategia de control de esta patología más efectiva y sustentable desde el punto de vista ambiental es la resistencia genética. En la actualidad existen escasas fuentes de resistencia, la mayoría provenientes del cultivar chino Sumai 3 u otros cultivares del mismo origen, con escasa adaptación en otras características agronómicas para nuestras condiciones de cultivo. En trabajos previos del grupo, se ha caracterizado fenotípicamente al cultivar brasilero Pampeano como resistente a la dispersión de la infección. Bajo la hipótesis de trabajo que el cultivar Pampeano posee factores novedosos de resistencia genética a la fusariosis de la espiga, cuya localización genómica difiere de aquellos identificados en el cultivar chino Sumai 3, para este estudio se planteó como objetivo general determinar la base genética de la resistencia a la fusariosis de la espiga del cultivar Pampeano utilizando una población derivada del cruzamiento entre Pampeano (resistente) y BioINTA 1005 (susceptible). Para ello se fijaron los siguientes objetivos específicos: i) elaborar un mapa genético de la población, mediante marcadores moleculares, ¡i) caracterizar fenotípicamente la población, frente a la infección con F. graminearum, y iii) localizar los determinantes genéticos (QTL, Quantitative trait loci) responsables de la resistencia a la fusariosis de la espiga. Para cumplir con estos objetivos se generó una población de 126 RlLs producto del cruzamiento de Pampeano (Resistente) y BioINTA 1005 (Susceptible), mediante el método de conducción de descendencia de semilla única (SSD) hasta Filial 8. Las RlLs obtenidas fueron genotipadas mediante el microarreglo de SNPs Axiom® Wheat Breeder's Genotyping Array de 35K obteniéndose una matriz de 2093 marcadores informativos con la que se construyó un mapa de ligamiento de 2827 cM integrado por 549 loci. La caracterización fenotípica de las RlLs por su comportamiento para la resistencia a la dispersión del patógeno en la espiga se realizó en ensayos de inoculación puntual de espigas en invernáculo, con un diseño en bloques completamente aleatorizados, con 3 repeticiones. Un pequeño algodón embebido con una suspensión de inóculo de F. graminearum se ubicó en la flor de una espiguilla en antesis. Se llevaron a cabo 3 ensayos: abril 2014 (Ensayo 1), octubre 2014 (Ensayo 2) y abril 2015 (Ensayo 3). Se registró la severidad 21 días pos inoculación contabilizando las espiguillas con síntomas sobre las espigas totales, desde el punto de inoculación hacía abajo. Se controlaron la temperatura y la humedad, en cada ensayo, desde el comienzo de las inoculaciones y hasta la finalización de las evaluaciones, para asegurar condiciones predisponentes para el patógeno. Los resultados obtenidos de severidad mostraron en los tres ensayos una distribución cercana a la normal ubicándose los padres Pampeano (R) y Biointa1005 (S) en posiciones cercanas a los extremos de la curva. Las correlaciones entre ensayos fueron significativas y variaron entre 0.43 y 0.64, mostrándose una herencia compleja del carácter. La integración de la información genotípica y fenotípica previa permitió la detección de QTLs de resistencia utilizándose para ello el programa Windows QTL Cartographer, y un LOD umbral 2, en función del tamaño de la población de estudio. Se identificaron QTLs de resistencia en 4 grupos de ligamiento, todos ellos de efecto menor en cuanto al porcentaje de variación fenotípica explicada. Los QTLs detectados en los cromosomas 2B y 3A (ambos provistos por Pampeano), mostraron baja estabilidad, ya que fueron identificados sólo en 1 ambiente de evaluación cada uno. Los QTLs detectados sobre los cromosomas 6A (Biointa1005) y 7A (Pampeano) mostraron mayor estabilidad, ya que fueron detectados en mayor número de ambientes cada uno. Los QTLs aportados por Pampeano coinciden con QTLs para la fusariosis de la espiga descriptos en trabajos previos, mientras que el QTL presente en el cromosoma 6A y aportado por BioINTA 1005 es inédito. Por último, la combinación alélica favorable de los dos principales QTLs detectados en este estudio (6A y 7A) redujo un 7 la severidad en la población de estudio, lo que posiciona esta combinación de QTLs como una importante contribución al mejoramiento genético.

Scab is a destructive disease of wheat and Fusarium head blight (FHB) caused by Fusarium graminearum is one of the most important wheat (Triticum aestivum L.) diseases in the warm and humid regions of the worid. At present, there are few sources of resistance, most of them from the Chinese cultivar Sumai 3 or other cultivars of the same origin, with limited adaptation to our growing conditions. Previously, in our working group the Brazilian cultivar Pampeano was characterized phenotypically as resistant to the dispersión of the infection in the spike. The general objective of this study was to determine the genetic basis of the resistance to FHB observed in Pampeano cultivar using a population of RlLs derived from the cross between Pampeano (resistant) and BioINTA 1005 (susceptible). The following specific objectives were set: i) to develop a genetic map of the population using molecular markers; ii) to characterize the population phenotypically against Fusarium graminearum infection; and iii) to lócate the genetic determinants responsible for resistance to FHB. The genotypic characterization was performed using the Axiom® Wheat Breeder's Genotyping Array 35K obtaining 2093 informative loci that were used to build a 2827 cM genetic map. The phenotypic characterization was assessed by single floret inoculation in a greenhouse in three triáis realized in 2014 y 2015. Obtained severity data showed a cióse to normal distribution with Pampeano (R) and BioINTA 1005 (S) flanking both edges. Correlation among triáis was between 0.43 and 0.64 confirming the complex inheritance of the trait. Integration of phenotypic and genotypic data allowed us the identification of four genomic regions associated with resistance to FHB on chromosomes 2B, 3A, 6A and 7A. The QTLs identified on chromosomes 2B and 3A (provided by Pampeano) were less stable as both were detected oniy in one evaluation environment, whereas the QTLs detected on chromosomes 6A (BioINTA 1005) and 7A (Pampeano) showed more stability as they were identified in more than one evaluation environment. Interesting, QTLs provided by Pampeano share similar location with previous studies while the 6A QTL coming from BioINTA 1005 is the first report. The favorable allelic combination of the two major QTLs detected in this study (6A and 7A) reduced 7 severity in the study population, so stacking the two QTLs in new cultivars by marker-assisted selection can be an important contribution to the breeding program.