Seleção assistida por marcadores moleculares para resistência múltipla à ferrugem e à antracnose dos frutos do cafeeiro

Abstract

Marcadores moleculares intimamente ligados a dois genes maiores (SH3 e SH?) que conferem resistência à ferrugem, e marcadores moleculares ligados ao gene Ck-1 que confere resistência à antracnose dos frutos do cafeeiro também conhecida por Coffee Berry Disease (CBD), foram previamente identificados. Estes marcadores apresentam potencial para serem usados em programas de melhoramento visando identificar e monitorar genótipos contendo genes de resistência a esses patógenos (Hemileia vastatrix e Colletotrichum kahawae). Dessa forma, o objetivo do trabalho foi utilizar a estratégia de seleção assistida por marcadores moleculares associados aos genes SH3 (proveniente de Coffea liberica), SH? (proveniente do Híbrido de Timor-UFV 443-03) e Ck-1, no programa de melhoramento do cafeeiro da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (Epamig)/Universidade Federal de Viçosa (UFV). Inicialmente os marcadores moleculares disponíveis na literatura foram validados e então utilizados na seleção assistida de 160 genótipos. Esses cafeeiros fazem parte do germoplasma da UFV/Epamig e foram introduzidos do CIFC por serem potencialmente portadores de resistência à ferrugem. Por meio dos marcadores validados foi possível identificar onze indivíduos resistentes homozigotos para o gene SH3, UFV311-48 (F2), UFV311-49 (F2), UFV 311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV329-72 (F2), UFV329-78 (F2), UFV334-65 (F2), UFV335-12 (F2), UFV335-77 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). O gene SH3 confere resistência a diferentes raças de H. vastatrix e a sua incorporação em variedades de interesse tem sido sugerida como importante estratégia para obter resistência à ferrugem. Também foram identificados cafeeiros que além se serem portadores do gene SH3 em homozigose, apresentaram o gene SH? proveniente do Híbrido de Timor (UFV443-03). Tais genótipos são o UFV311-48 (F2), UFV311-49 (F2), UFV 311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV334-65 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). Para o gene Ck-1 que confere resistência à CBD, foi observado que o genótipo UFV328-60 (F2) foi homozigoto resistente quando analisado com os dois marcadores, apesar de não apresentar bandas ligadas aos genes SH3 e SH?. Entretanto UFV317-12 (F1) se mostrou resistente heterozigoto com o marcador CBD-Sat235 (marcador do Ck-1) e resistente homozigoto com o marcador CBD-Sat207 (outro marcador do Ck-1), e portador do gene SH? que confere resistência à ferrugem. Logo, por meio da Seleção Assistida por Marcadores Moleculares foram identificados cafeeiros portadores de diferentes genes de resistência à ferrugem e à CBD. Esse germoplasma, apesar de ser derivado de C. liberica, apresentou além do gene SH3 o gene SH?, até então identificado apenas em genótipos derivados de C. canephora. Os cafeeiros identificados poderão ser utilizados em cruzamentos para a introdução desses genes em outros materiais genéticos de interesse nos programas de melhoramento. A utilização dos marcadores moleculares validados, nos programas de melhoramento, serão imprescindíveis para monitoramento dos genes nas diferentes gerações e cruzamentos.

Molecular markers closely linked to two major genes (SH3 and SH?) that confer resistance to rust, and molecular markers linked to the gene Ck-1, which confers resistance to anthracnose in coffee fruits, also known as Coffee berry disease (CBD), were previously identified. These markers have potential to be used in breeding programs aiming to identify and monitor genotypes containing genes resistant to these pathogens (Hemileia vastatrix and Colletotrichum kahawae). Thus, the present work aimed to use molecular marker assisted selection associated with genes SH3 (from Coffea liberica), SH? (from the Timor Hybrid UFV443-03 ) and Ck-1 , in a coffee breeding program of the Agricultural Research Company of Minas Gerais (Epamig)/Universidade Federal de Viçosa (UFV). Initially, the molecular markers available in the literature were validated and then used in marker assisted selection of 160 genotypes. These coffee plants are part of the UFV/Epamig coffee germplasm bank and were introduced by the CIFC because they are potential carriers of rust resistance. The validated markers allowed identifying eleven resistant individuals homozygous for the gene SH3 UFV311- 48 (F2), UFV311-49 (F2), UFV311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV329-72 (F2) UFV329-78 (F2) UFV334-65 (F2) UFV335-12 (F2) UFV335-77 (F2) UFV399-45 (F2) and UFV409-08 (F2). The gene SH3 confers resistance to different races of H. vastatrix and its incorporation in varieties of interest has been suggested as an important strategy for rust resistance. There was also identification of coffee plants that carry the gene SH3 in homozigosity that presented gene SH? from the Timor Hybrid (UFV443-03). These genotypes are UFV311-48 (F2) UFV311-49 (F2), UFV311-56 (F2) UFV313-133 (F2) UFV334-65 (F2) UFV399-45 (F2) and UFV409-08 (F2). For gene Ck-1, which confers resistance to CBD, it was observed that the genotype UFV328-60 (F2) was resistant homozygous when tested with the two markers, although presenting no bands related to the genes SH3 and SH?. However, UFV317-12 (F1) was resistant heterozygous with marker CBD-Sat235 (marker Ck-1) and resistant homozygous with marker CBD-Sat207 (another Ck-1 marker) and carried the gene SH?, which confers resistance to rust. Therefore, Molecular Marker Assisted Selection allowed identifying coffee plants carrying different genes resistant to rust and CBD. This germplasm, although derived from C. liberica, presented both the gene SH3 and gene SH?, hitherto only identified in genotypes derived from C. canephora. The coffee plants identified may be used in crosses for the introduction of these genes in other genetic materials of interest in breeding programs. The use of validated molecular markers in breeding programs will be invaluable for monitoring genes in different generations and crosses.