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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Mapeamento de QTLs em população derivada de cruzamento comercial bi-parental em cana-de-açúcar = QTL mapping in population originated from a bi-parental commercial cross of sugarcane
Title Alternative: QTL mapping in population originated from a bi-parental commercial cross of sugarcane
Author: Balsalobre, Thiago Willian Almeida, 1986-
Advisor: Souza, Anete Pereira de, 1962-
Abstract: Resumo: A cana-de-açúcar é uma fonte renovável de energia e com potencial para expansão. A complexidade genética da cana-de-açúcar decorrente de seu alto nível de ploidia e aneuploidia, aliada à natureza quantitativa da maioria dos caracteres agronômicos tem dificultado, atualmente, a obtenção de elevados índices de ganho genético através do melhoramento convencional. O desenvolvimento de marcadores moleculares e a construção de mapas genéticos podem auxiliar na elaboração de estratégias a serem introduzidas nos programas de melhoramento de forma a aumentar a eficiência dos processos de seleção e acelerar o desenvolvimento de novas cultivares. Desta forma, a proposta desta tese foi a construção de um mapa genético em cana-de-açúcar visando a identificação de regiões genômicas que controlam características de interesse através do mapeamento de QTL (Quantitative Trait Loci). Uma população de cana-de-açúcar com 153 indivíduos oriundos do cruzamento comercial bi-parental entre as cultivares SP80-3280 e RB835486 foi utilizada para alcançar os objetivos citados. O experimento de campo foi instalado em duas localidades, Araras-SP e Ipaussu-SP, usando o delineamento de blocos aumentados incompletos com 3 repetições. As avaliações fenotípicas foram realizadas ao longo de três anos (2011, 2012 e 2013). Empregou-se a abordagem de modelos mistos para análise das características fenotípicas relacionadas com componentes de produção e resistência à ferrugem marrom. Os dados de severidade à ferrugem marrom foram analisados, como uma primeira abordagem, via modelo misto linear generalizado. As estimativas de herdabilidade das características fenotípicas foram altas, variando de 0.78 (altura de colmos) a 0.92 (diâmetro de colmos), e a análise de severidade à ferrugem marrom mostrou que 66% dos clones possuem, no mínimo, 90% de probabilidade de serem resistentes à doença. Para construção do mapa genético integrado foram utilizados marcadores moleculares do tipo microssatélites (Simple Sequence Repeats, SSR), TRAP (Target Target Region Amplification Polymorphism), além de SNPs (Single Nucleotide Polymorphims) e indels (inserções e deleções) oriundos da técnica de GBS (Genotyping-by-Sequencing). Para descoberta de marcadores baseados em GBS foram utilizadas quatro pseudo-referências: genoma de sorgo (Sorghum bicolor), genoma metil-filtrado da cana-de-açúcar, transcriptoma da cana-de-açúcar (RNAseq) e sequências do projeto SUCEST. A ploidia e dosagem de cada loco bi-alélico foi estimada através do software SUPERMASSA. Utilizando o software Onemap (v. 2.0-4) e empregando-se LOD > 9.0 e fração de recombinação < 0.10 foram mapeados 993 marcadores em dose única. Estes foram agrupados em 223 grupos de ligação e 18 grupos de homo(eo)logia. A extensão total do mapa foi 3,682.04 cM e a densidade de marcadores foi de 3.70 cM. Utilizando mapeamento por intervalo composto (Composite Interval Mapping, CIM) foram mapeados sete QTLs considerando quatro das 11 características fenotípicas avaliadas. Os resultados sugerem a presença de um QTL estável entre locais para conteúdo de sólidos solúveis (BRIX) e para teor de sacarose (POL%C). Além disso, QTLs para BRIX e teor de fibra (FIB) tiveram marcadores associados com genes candidatos com grande potencial de validação e consequente uso no melhoramento molecular de cana-de-açúcar. Este estudo é o primeiro a reportar o uso de GBS para descoberta de variantes em larga escala e genotipagem de uma população de cana-de-açúcar com posterior análise de mapeamento por intervalo composto

Abstract: Sugarcane is a renewable source of energy and with potential for expansion. The genetic complexity of sugarcane due to its high level of ploidy and aneuploidy, together with the quantitative nature of most agronomic traits, has hindered currently the achievement of high rates of genetic gain through conventional breeding of this crop. The development of molecular markers and construction of genetic maps can be helpful to establish strategies in breeding programs and increase the efficiency of the selection process and accelerate the development of new cultivars. Therefore, the purpose of this thesis was to construct an integrated genetic map in sugarcane and identify genomic regions that control traits of interest by QTL mapping (Quantitative Trait Loci). To achieve these goals we used an F1 segregating population of sugarcane with 153 individuals from bi-parental commercial cross between cultivars SP80-3280 and RB835486. The field trial was carried out in two locations, Araras-SP and Ipaussu-SP, and the experimental design consisted of an augmented randomized incomplete block, which was fully replicated three times. The phenotypic evaluations were performed over three years (2011, 2012 and 2013). We applied a mixed model approach for the analysis of phenotypic traits related to yield components and resistance to brown rust. The severity data of brown rust was analyzed by generalized linear mixed model. Heritability estimates were high, ranging from 0.78 (stalk height) to 0.92 (stalk diameter), and the brown rust severity analysis showed that 66% of the clones have at least 90% probability of being resistant to disease. To construct an integrated genetic map were used molecular markers microsatellites (Simple Sequence Repeats, SSR), TRAP (Target Target Region Amplification Polymorphism), as well as SNPs (Single Nucleotide Polymorphims) and indels derived from the GBS protocol (Genotyping-by-Sequencing). To GBS-based markers discovery were used four pseudo-references: sorghum genome (Sorghum bicolor), methyl-filtered genome of sugarcane, transcriptome of sugarcane (RNAseq) and sequences of SUCEST project. The ploidy and allelic dosage of each bi-allelic locus was estimated by SUPERMASSA software. Using Onemap software (v. 2.0-4) and employing LOD> 9.0 and recombination fraction <0.10, a total of 993 markers in single dose were mapped. These markers were distributed throughout 223 linkage groups, which were clustered in 18 homo(eo)logous groups. The total length of the map was 3,682.04 cM with an average marker density of 3.70 cM. Using composite interval mapping (Composite Interval Mapping, CIM) were mapped seven QTLs considering four of the 11 phenotypic traits evaluated. The results suggest the presence of a stable QTL across locations to soluble solid content (BRIX) and sucrose content of the cane (POL%C). Furthermore, QTLs to BRIX and fiber content (FIB) traits had associated markers with candidate genes, which had great potential for validation and future use for molecular breeding in sugarcane. This study is the first to report the use of GBS for large-scale variant discovery and genotyping of a population in sugarcane with posterior analysis to composite interval mapping
Subject: Cana-de-açúcar
Marcadores moleculares
Sequenciamento de DNA
Mapeamento cromossômico
Mapeamento de QTL
Editor: [s.n.]
Citation: BALSALOBRE, Thiago Willian Almeida. Mapeamento de QTLs em população derivada de cruzamento comercial bi-parental em cana-de-açúcar = QTL mapping in population originated from a bi-parental commercial cross of sugarcane. 2016. 1 recurso online ( 142 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331429>. Acesso em: 1 set. 2018.
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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