Piramidação de alelos de resistência a patógenos em cafeeiros arábica utilizando seleção recorrente assistida por marcadores moleculares

Abstract

A piramidação de alelos de resistência a doenças é a estratégia mais eficiente, de amplo espectro e durável para implementar no melhoramento genético do cafeeiro (Coffea arabica). Uma vez que esta cultura é acometida por doenças que apresentam alta variabilidade genética associada a suplantação da resistência. Nesse contexto, na incorporação de alelos de resistência a doenças em cultivares em desenvolvimento a seleção assistida por marcador molecular (SAM) é amplamente eficiente. Com o uso da SAM é possível anular o efeito do ambiente, eliminar genótipos indesejáveis nas primeiras gerações de seleção, além de permitir a seleção na ausência do patógeno. Assim o objetivo deste trabalho foi piramidar alelos de resistência as principais doenças do cafeeiro (ferrugem alaranjada - Hemileia vastatrix e antracnose dos frutos (CBD) - Colletotrichum kahawae) por meio da seleção recorrente assistido por marcadores moleculares. Para tanto, foram extraídos DNAs de 144 híbridos F 1 originados de cruzamentos entre oito genitores (cultivares comerciais e acessos do programa de melhoramento genético do cafeeiro). Realizou-se a certificação dos respetivos cruzamentos e estudo de diversidade genética utilizando marcadores moleculares microssatélites distribuídos aleatoriamente no genoma. Para resistência a ferrugem, foram usados quatro marcadores associados ao gene S H 3 e quatro marcadores ligados a dois QTL que correspondem a genes maiores de resistência as raças I, II e patótipo 001. Além, de dois marcadores que se encontram flanqueando o gene Ck-1 de resistência CBD. Também, baseado em dados fenotípicos foi calculado o índice de seleção por meio do rank-médio de Mulamba e Mock (1978) e após a classificação foram estimados os ganhos com a seleção. Na certificação de cruzamentos foram identificados 10 híbridos contaminantes que foram retirados do programa de melhoramento. No estudo da diversidade genética, a AMOVA determinou diversidade entre e dentro das populações, sendo de 75,5 e 24,5% respetivamente. Na análise de agrupamento observou-se a formação de três grupos principais, permitindo evidenciar a diversidade entre e dentro das populações híbridas. 31 indivíduos (25,6%) foram identificados como heterozigotos portadores do alelo do gene S H 3, 106 indivíduos (87%) como portadores dos locos de resistência as raças I, II e patótipo 001 de H. vastatrix e 70 indivíduos (57,8%) apresentaram o gene Ck-1 que confere a resistência a C. kahawae. Foram identificados 11 cafeeiros com a piramidação dos genes de resistência a H. vastatrix e C kahawae. Enquanto ao ganho com a seleção, este foi superior a 50%, exercendo uma intensidade de seleção de 30%. Alguns dos indivíduos selecionados pelo índice de seleção encontram-se também, distribuídos nos três diferentes grupos que foram formados no dendrograma da análise de diversidade. Portanto, estes híbridos ressaltam pela sua superioridade com o ganho com a seleção, por apresentar divergência genética e ainda possuir a piramidação de alelos de resistência a H. vastatrix e C kahawae. Esse resultado é de grande importância, pois esses híbridos constituem um importante recurso genético para dar início ao programa de seleção recorrente já que poderão ser utilizados como fonte de resistência em diferentes cruzamentos por ter a piramidação de genes.

The pyramiding of disease resistance alleles is the most efficient, broad - spectrum and durable strategy to implement in coffee breeding (Coffea arabica). Since this culture is affected by diseases that present high genetic variability associated with the supplanting of the resistance. In this context, molecular marker assisted selection (SAM) is widely efficient in the incorporation of disease resistance alleles into developing cultivars. With the use of SAM, it is possible to eliminate the effect of the environment, undesirables genotypes in the first generations of selection, and allow selection in the absence of the pathogen. Thus, the objective of this work was to identify resistance alleles to the main diseases of coffee (rust - Hemileia vastatrix and fruit anthracnose (CBD) - Colletotrichum kahawae) through recurrent selection assisted by molecular markers. For this, DNAs were extracted from 144 F1 hybrids originating from crosses between eight parents (commercial cultivars or accessions of the coffee breeding program). A certification of crosses and genetic diversity study was performed using microsatellite markers randomly distributed in the genome. For resistance to rust, four markers associated with the S H 3 gene and four markers linked to two QTLs corresponding to major resistance genes I, II and pathotype 001 were used. In addition, two markers flanking the Ck-1 gene of resistance CBD. Also, based on phenotypic data, the selection index was calculated through the mean rank of Mulamba and Mock (1978) and after the classification were estimated the gains with the selection. In the certification of crosses were identified 10 hybrids contaminants that were removed from the breeding program. In the study of genetic diversity, AMOVA determined diversity among and within populations, being 75.5 and 24.5% respectively. In the cluster analysis the formation of three main groups was observed, allowing to show the diversity among and within the hybrid populations. 31 individuals (25.6%) were identified as heterozygous carriers of the S H 3 gene allele, 106 individuals (87%) as carriers of the resistance loci of the H. vastatrix I, II and 001 pathotype breeds and 70 individuals (57.8%) showed the Ck-1 gene conferring resistance to C. kahawae. Eleven coffee trees were identified with the pyramiding of resistance genes to H. vastatrix and C. kahawae. While to the gain with the selection, this was superior to 50%, exerting an intensity of selection of 30%. Some of the individuals selected by the selection index are also distributed in the three different groups that were formed in the diversity analysis dendrogram. Therefore, these hybrids stand out for their superiority with the gain with the selection, because they present genetic divergence and also possess the pyramidation of resistance genes to H. vastatrix and C. kahawae. This result is of great importance because these hybrids constitute an important genetic resource to initiate the recurrent selection program since they can be used as a source of resistance in different crosses by having the gene pyramidation.