Mapeo de regiones genómicas asociadas a contenido de pigmentos carotenoides y color amarillo en trigo candeal

Abstract

El color de la sémola y harina de trigo candeal se debe fundamentalmente al contenido de pigmentos carotenoides presentes (CPC) en los granos y a su degradación por enzimas oxidativas como las lipoxigenasas. Esta tesis tuvo como objetivo mapear QTL asociados al contenido de pigmentos carotenoides y color amarillo en trigo candeal y encontrar marcadores moleculares ligados a los mismos. Para ello se utilizó una población de 93 RILs (líneas recombinantes endocriadas) derivadas de la cruza de progenitores contrastantes (UC1113 x Kofa) para estos caracteres. Se determinó el color amarillo (CIE b*) y el CPC en harina integral sobre la población de RILs, los progenitores y 8 cultivares comerciales nacionales. Estos materiales fueron sembrados en tres localidades (ACA-Cabildo, CEI-Barrow e INTA-Balcarce) durante dos campañas consecutivas (2006/07 y 2007/08). El test de ANOVA mostró diferencias entre las RILs para el CIE b* y el CPC en cada ambiente. No se observaron efectos significativos del año y la localidad sobre el CIE b*, aunque las interacciones dobles y triples fueron altamente significativas (p< 0,01). El CPC fue afectado en forma altamente significativa por el genotipo, mientras que el efecto del año y localidad fueron significativos (p< 0,05). Para este carácter no se observó interacción del genotipo con el año, pero la interacción del genotipo con la localidad fue significativa y las interacciones localidad x año y genotipo x año x localidad fueron altamente significativas. La heredabilidad fue alta en todos los casos (h2<0,94). Se detectó un elevado número de QTL asociados al CIE b* y al CPC, ubicados sobre los cromosomas 1BL, 2AS, 4AL (2), 5AS, 5BL, 6AL (3), 7AS, 7AL, 7BS, 7BL. Si bien se expresaron de forma diferente según los ambientes, en su mayoría se localizaron en posiciones estables, flanqueados por los mismos marcadores moleculares. Este es el primer informe de la existencia de un QTL sobre el brazo corto del cromosoma 7A, asociado al CPC y al CIE b*. La presencia del QTL 7BS, región homeóloga, solo fue informada recientemente. Los análisis mostraron que los principales QTL significativos según el mapeo combinado (4AL, 6AL, 7BL) poseen también un efecto de interacción. El QTL encontrado sobre el cromosoma 6A (6AL.2) explicó la mayor parte de la variación fenotípica para ambos caracteres sobre el promedio de los seis ambientes. Los resultados del mapeo para el QTL 7BL apoyan la hipótesis de la presencia de un gen adicional al Psy-B1 (involucrado en la biosíntesis de carotenoides) afectando el CPC en esta región. Los marcadores flanqueantes a las regiones genómicas encontradas en el análisis combinado, sobre los cromosomas 6AL (Barc113-wmc553), 7AS (BQ170462_176-Barc174), 7BS (Barc23a-Barc72) y 7BL (PsyB-cfa2257), mostraron ser de utilidad para seleccionar ambos caracteres, CPC y CIE b*. El número de ambientes requeridos para realizar el mapeo de QTL es un factor importante a tener en cuenta, ya que los mismos genotipos presentan la expresión de genes/QTL diferentes en los distintos ambientes. Las regiones genómicas de mayor efecto asociadas a CIE b* y CPC fueron coincidentes, lo que demuestra un control genético similar para ambos caracteres.

Durum wheat flour and semolina bright yellow color is mostly due to the carotenoid pigment content (CPC) in wheat grains and its degradation by oxidative enzymes such as lipoxygenases. The aim of this research work was to map QTL associated with carotenoid pigments content and bright yellow color in durum wheat and to find linked molecular markers to be used in marker assisted selection. A mapping population of 93 RILs (recombinant inbred lines) derived from a cross between parents contrasting for the traits (UC1113 x Kofa) was used. CIE b* and the CPC were evaluated in flour of a mapping population, in both parents and in eight national commercial cultivars. The experimental design consisted in these 103 plant materials planted in three locations (ACA-Cabildo, CEI-Barrow and INTA-Balcarce) during two consecutive growing seasons (2006/07 y 2007/08). The differences between RILs in each location according to the ANOVA test were highly significant. The combined ANOVA test taking into account RILs, years and locations revealed differences for both variables. For CIE b* values, significant effects were not observed for years and locations; however, double and triple interactions were highly significant (p< 0.01). The CPC showed highly significant differences for genotype effects while these differences were significant for year and location (p< 0.05). For this trait, the genotype x year interaction was no significant but the genotype x location interaction was significant, and the year x location and genotype x year x location interactions were highly significant. High hereditability values were estimated in all cases indicating (h2 <0.94). A high number of QTL (Quantitative Trait Loci) related to the CIE b* and CPC were identified, mostly located on chromosomes 1BL, 2AS, 4AL (2), 5AS, 5BL, 6AL (3), 7AS, 7AL, 7BS, 7BL. These QTL were differentially expressed among to the environments but most QTL were stably anchored between the same molecular markers in all the environments. This is the first report on the existence of a QTL associated to the CIE b* and CPC located on chromosome 7AS. The presence of the QTL 7BS, its homeolog region, was recently reported. According to the combined mapping analyses, significant QTL (4AL, 6AL, 7BL) also have interaction effects. The QTL found in chromosome 6AL (6AL.2) explained most of the phenotypic variation for both traits over the average from the six environments. Irrespective of gene Psy-B1, these results suggest the presence of an extra gene on 7BL affecting the CPC. Molecular markers flanking the chromosome regions found in the combined analysis in chromosomes 6AL (Barc113-wmc553), 7AS (BQ170462_176-Barc174), 7BS (Barc23a-Barc72) and 7BL (PsyB-cfa2257), showed to be useful for selecting both traits, CPC and CIE b*. The number of environments required for QTL mapping is a critical factor because the same genotypes showed different gene/QTL expression patterns in different environments. The principal genomic regions related to CIE b* value and CPC are essentially the same.