Identificación de regiones genómicas asociadas a contenido de proteína y fuerza de gluten utilizando mapeo por asociación en trigo candeal

Abstract

El contenido de proteína en grano y la fuerza de gluten son objetivos importantes en los programas de mejoramiento de trigo candeal (Triticum turgidum ssp. durum). Una serie de experimentos fue conducida en el sur de la provincia de Buenos Aires para determinar los días a espigazón, rendimiento, contenido de proteína en grano, peso de mil granos y fuerza de gluten en una colección de germoplasma de trigo candeal de base amplia (n=170). La colección fue genotipada con el array 35K para trigo y marcadores STS. Se determinó la estructura poblacional con un subconjunto de 1000 SNPs en bajo desequilibrio de ligamiento y se realizó el mapeo por asociación (MA) para los caracteres fenotípicos evaluados con 3745 marcadores. Fue posible encontrar asociaciones entre los cinco caracteres fenotípicos y los marcadores moleculares utilizados, confirmando regiones cromosómicas previamente informadas y en algunos casos, se encontraron QTLs novedosos. Fueron hallados cinco loci asociados a los días a espigazón en los cromosomas 2AS, 2B, 5A, 7A y 7B. Los SNPs asociados a peso de mil granos en el presente trabajo tendrían relación con QTLs/ genes encontrados por otros autores en regiones del genoma similares tanto en trigo pan como en candeal. Los marcadores hallados para contenido de proteína y rendimiento fueron considerados insuficientes al momento de buscar asociaciones genotipo-fenotipo en varios ambientes. Existe una región comprendida entre 7,46 - 36,42 cM del cromosoma 1B que sería responsable por la variabilidad en la fuerza de gluten observada en esta tesis. El MA realizado con variedades y líneas elite fue efectivo al momento de detectar varios de los QTL informados previamente en las mismas regiones cromosómicas a través del mapeo biparental. Los resultados sugieren que el MA podría ser una herramienta valiosa para identificar regiones genómicas para caracteres que se evalúan de manera rutinaria en los programas de mejoramiento de trigo. Las distintas configuraciones alélicas para los días a espigazón, peso de mil granos y fuerza de gluten serían el punto de partida para la selección asistida mediante varios marcadores moleculares. La eficiencia de selección sería similar a la selección fenotípica, con la ventaja de no requerir ensayos a campo ni análisis de calidad. Además, la información generada por esta tesis podrá ser utilizada holísticamente para la planificación de cruzamientos que aporten variabilidad en los programas de mejoramiento nacionales.

Grain protein content and gluten strength are major targets in wheat breeding programs (Triticum turgidum ssp. durum). A series of experiments was conducted in the south of Buenos Aires province to determine days to heading, yield, grain protein content, thousand kernel weight and gluten strength in a world-wide durum wheat germplasm collection (n=170). This collection was genotyped with the 35K array for wheat and STS markers. The population structure was determined using a subset of 1000 SNPs with low linkage disequilibrium and association mapping (AM) was performed for all the phenotypic characters using 3745 markers. It was possible to find associations between the five phenotypic characters and the molecular markers used, confirming previously reported chromosomal regions and in some cases, novel QTLs were found. Five loci associated with days to heading on chromosomes 2AS, 2B, 5A, 7A and 7B were found. The SNPs associated with thousand kernel weight found in this work would be related to other QTLs / genes previously reported in similar genome regions in bread and durum wheat. Markers found for grain protein content and yield were considered unsatisfactory when looking for genotype-phenotype associations in several environments. There is a region between 7.46 - 36.42 cM of chromosome 1B that would be responsible for the variability in gluten strength observed in this thesis. AM performed with varieties and elite lines was effective at the time of detecting several of the QTLs previously reported in the same chromosomal regions through biparental mapping. The results suggest that AM could be a suitable tool for identifying genomic regions for characters that are routinely measured in wheat breeding programs. The different allelic configurations for days to heading, thousand kernel weight and gluten strength would be the starting point for the assisted selection by several molecular markers in breeding programs. Selection efficiency would be similar to phenotypic selection, with the advantage of avoiding field trials or quality analysis. In addition, the information generated by this thesis could be used for planning crosses that contribute variability to national breeding programs.