Mapeamento Molecular de Características de Importância

Agronômica

Antonio Costa de Oliveira, PhD

Centro de Genômica e Fitomelhoramento

Faculdade de Agronomia Eliseu Maciel

Tipos de Marcadores

Morfológicos Bioquímicos Moleculares

– RFLP– Baseados em PCR– AFLP

Uso em Análises Genéticas

Estudos de diversidade genética Estudos evolutivos Mapeamento genético Clonagem por mapeamento

Uso em Melhoramento Vegetal e Animal

Seleção assistida por marcadores Mapeamento comparativo Mapeamento de QTLs Seleção de progenitores Predição de heterose Identificação de germoplasma

Outras Aplicações

Diagnóstico de moléstias e contaminações

Identificação de raças Identificação de cultivares

(fingerprinting)

Estratégias de Mapeamento

Biologia e diversidade das espécies; Populações F2 segregantes ou

retrocruzamentos; Progênie de pelo menos 100 indivíduos; Linhagens endogâmicas recombinantes Análise de Blocos Segregantes

Linhagens Endogâmicas Recombinantes Caracterização de cada linhagem em

alelos x loco; Vantagens sobre a população F2:

– População permanente;– Informação cumulativa;– Avaliação em vários ambientes;– Mapas mais extensos;– Mapeamento mais rápido

Estratégias de Acúmulo de Marcadores Genes sem produto conhecido; Mapeamento enriquecido na região alvo

– Tecnologias que geram grandes volumes de marcadores;

– Estoques genéticos idênticos ou quase idênticos em regiões ao longo do genoma

Estoques Genéticos

Linhas quase isogênicas; Marcadores flanqueando o gene; Blocos segregantes; Amostras reunidas.

A

Gene alvo

P1 P2 F1 BC1 BC7F2(NIL)

P1 P2

F1

B

Gene alvo

Bulk 1 Bulk 2

F2

Análise demarcadores

P1 P2 NIL Bulk 1 Bulk 2

Clonagem por Mapeamento

Estratégias envolvendo grandes insertos (YACs ou BACs)– Insertos de 100-300 kb que podem

englobar marcadores que flanqueiam o gene alvo;

– Supressão de recombinação;– Distâncias físicas x genéticas.

Mapeando QTLs

Testando para efeitos de QTLs– Análise de intervalo - leva em conta a distância genética

entre marcadores ordenados e calcula a verossimilhança em aumentos específicos do intervalo;

– LOD escores (2,0 a 3,0 mais usados)

Identificação de QTLs para florescimento em arroz(Hd6) e caracterização de suas interações epistáticas com Hd2 usando linhas avançadas de retrocruzamento. Yamamoto et al., 2000

Nipponbare x Kasalath

Nip x F1Nip x F1

BC1F1BC1F1xx

BC1F2BC1F2 Testadas para homozigose em 5 QTLs de Nip com RFLPsTestadas para homozigose em 5 QTLs de Nip com RFLPs

Nip x BC1F2*Nip x BC1F2*

BC4F1BC4F1 BC4F2 (n=100)BC4F2 (n=100)xx

50 plantas BC4F3 de cada ( análise de QTLs)50 plantas BC4F3 de cada ( análise de QTLs)

Yamamoto et al. 2000

Mapas de ligação : 26 RFLPs nestas regiões selecionados de um mapa denso obtido por Harushima et al., 1998.

Avaliação da ação gênica e confirmação da interação epistática do QTL:

– 4 comprimentos de dia (10,5; 12; 13,5 e 14,5 h)– QTL-NIL Homozigota para o alelo de Kasalath e Nipponbare usados como

controle;– 3 linhas de QTL-NILs: NIL(Hd2); NIL(QTL alvo); NIL(Hd2/QTL alvo) nas

quais ambos os QTLs são introgredidos.

Yamamoto et al. 2000

Resultados– O QTL mais significativo do mapeamento derivado da planta

BC4F1-37-7 foi o Hd6 (novo) localizado no braço longo do cromossomo 3;

– O mapeamento fino de Hd6 foi obtido com 5 marcadores RFLP cosegregando com o loco, A herança foi mendeliana (1:2:1);

– Caracterização de Hd6 como o loco causando sensitividade ao fotoperíodo;

– Epistasia entre Hd2 e Hd6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hd1 Hd3Hd2

Hd4 Hd5

Kasalath

Nipponbare Planta BC4F1-37-7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hd2

Kasalath

Nipponbare Linha NIL Hd6

Hd6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hd6Hd2

Kasalath

Nipponbare Linha NIL (Hd2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hd2

Kasalath

Nipponbare Linha NIL Hd2/Hd6

Hd6

110

95

120

Dias para oflorescimento

N H K

Genótipo Hd2

Genótipo Hd6

N H K

Tabela 2. Comparação de dias para o florescimento de 3 QTL-NILs e o pai recorrente, nipponbare, sob diferentes comprimentos de dia

Comprimento do dia (h)

QTL-NIL 10,5 12,0 13,5 14,5 Diferença

Nipponbare 44,3 49,1 75,4 >120,0 >75,7Hd2 48,3 60,8 - 100,3 52,0Hd6 45,3 47,4 98,7 >120,0 >74,7Hd2, Hd6 51,7 68,3 - 104,7 53,0

Mapeamento molecular de loci para características de importância agronômica no cromossomo 3A de trigo. Shah et al., 1999

Genótipos: Cheyenne (CNN), linha de substituição CNN(WI3A) e 50 CNN(RICL-3A) desenvolvidas em background CNN;

Ambientes: 4 a 8 diferentes locais em Nebraska-EUA; Características:

– produtividade (GYLD);– número de grãos por espiga (KPS);– Peso de mil grãos (TKWT);– número de espigas por m2 (SPSM);– peso do volume de grão (GVWT);– estatura de planta(PHT);– data da antese (locus Eps)

Shah et al., 1999

Mapa de ligação:

– 13 RFLPs específicos para o cromossomo 3A e polimórficos entre

CNN e WI mais um marcador morfológico Eps foram mapeados;

Resultados:– Locos individuais explicaram 8,9 a 38,2% da variação fenotípica para as

características avaliadas;– O Loco Eps foi mapeado e explicou 38,2% da variação fenotípica para PHT e

17,4% para ambas KPS e TKWT.– Alguns QTLs adicionais foram encontrados, Qtls para GYLD só foram

encontrados em alguns ambientes, enquanto que não foram encontrados QTLs para GVWT;

– Não foi encontrada epistasia entre marcadores associados aos QTLs;– Qtls encontrados em diferentes ambientes foram consistentes pelo menos na

maioria deles.

Conclusões e Perspectivas

Os avanços com a saturação dos mapas e informações do mapeamento comparativo, estão permitindo um detalhamento maior das características quantitativas, porém as duplicações genômicas e multiplicidade de regiões atuando em uma característica, são fatores que ainda retardam o progresso do melhoramento molecular.