Estudio de asociación de genoma completo para detectar resistencia a podredumbres de espiga en líneas endocriadas de maíz

Abstract

El maíz (Zea mays L.) es uno de los cultivos más utilizados a nivel mundial para brindar alimento a la población y producir derivados como biocombustibles y bioproductos. Este cereal se ve afectado por distintas enfermedades fúngicas, entre ellas, las podredumbres de espiga, ocasionadas por Fusarium verticillioides (FV), Fusarium graminearum (FG) y Ustilago maydis (UM). Estas enfermedades no solo disminuyen el rendimiento de los granos, sino que también afectan la salud de las personas y los animales, debido a que producen micotoxinas perjudiciales. A la fecha, no existen métodos de control químico que resulten efectivos frente a estas enfermedades. Por lo tanto, una manera eficaz y sustentable de controlarlas es mediante el mejoramiento genético para resistencia a enfermedades. En este sentido, una de las herramientas más utilizadas actualmente es el mapeo de asociación de genoma completo (GWAS, del inglés Genome Wide Association Study) que se basa en la asociación genotipo (SNP)-fenotipo y resulta eficaz para identificar QTL de resistencia El objetivo general del trabajo final de grado fue identificar regiones génicas de resistencia múltiple a FV, FG y UM, en 63 líneas endocriadas de maíz del programa de mejoramiento genético de INTA Pergamino, mediante un estudio de GWAS. El trabajo se realizó en tres etapas: 1) fenotipado, 2) genotipado y 3) asociación fenotipo-genotipo. Inicialmente, se obtuvieron datos de severidad de síntomas (FV y FG) e incidencia (UM) de la enfermedad a partir de ensayos sembrados en dos ambientes para Fusarium spp. y en cinco ambientes para UM. El genotipado se llevó a cabo utilizando un chip de SNPs 50K de Illumina; el cual contiene 56.110 SNPs validados con el genoma de referencia de maíz B73. Se utilizaron los valores BLUE (Best linear unbiased estimator) obtenidos del análisis de los datos fenotípicos para llevar a cabo la asociación. La misma se realizó con el programa Tassel (Bradbury et al., 2007), utilizando un modelo lineal mixto: MLM (Q+K). A partir de los estudios de asociación realizados se obtuvieron 4 bins candidatos (segmentos cromosómicos) para resistencia: 2.05, 2.06, 2.09, 2.10 correspondientes a FV, 10 bins: 2.02, 2.05, 2.06, 2.09, 2.10, 3.04, 5.03, 6.07, 7.04, 8.08 para FG y 7 bins: 1.07, 2.05, 2.08, 2.09, 3.01, 5.03, 5.05 para resistencia a UM. Los bins 2.05 y 2.09 son regiones asociadas a resistencia para las 3 enfermedades. Los resultados obtenidos son muy alentadores ya que se hallaron SNPs significativos asociados a genes involucrados en el reconocimiento de patógenos y en vías de señalización que controlan diferentes moléculas y procesos que contribuyen a la resistencia genética a enfermedades. Este trabajo proporciona información altamente relevante ya que es la primera vez que se describe un bin candidato para resistencia múltiple a enfermedades en germoplasma argentino.