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Tipo: Tese
Título: Filogeografia molecular de Phakopsora pachyrhizi com base em dados de sequenciamento de regiões gênicas do DNA nuclear
Título(s) alternativo(s): Molecular phylogeography of Phakopsora pachyrhizi based on data from sequencing of nuclear DNA regions
Autor(es): Freire, Maíra Cristina Menezes
Primeiro Orientador: Oliveira, Luiz Orlando de
Primeiro coorientador: Moreira, Maurílio Alves
Segundo coorientador: Mizubuti, Eduardo Seiti Gomide
Primeiro avaliador: Santos, Jorge Abdala Dergam dos
Segundo avaliador: Guimarães, Valéria Monteze
Terceiro avaliador: Zambolim, Eunize Maciel
Quarto avaliador: Paula Júnior, Trazilbo José de
Abstract: A ferrugem asiática da soja, causada por Phakopsora pachyrhizi, é uma importante doença em todas as áreas produtoras de soja, incluindo os dois países maiores produtores, Brasil e Estados Unidos. Genes de resistência (Rpp) à P. pachyrhizi vêm sendo constantemente pesquisados na soja e em espécies relacionadas, sendo que alguns deles já foram identificados. No entanto, devido à plasticidade genética de P. pachyrhizi, esses genes de resistência são rapidamente suplantados. Com o intuito de avaliar o nível de variabilidade genética de P. pachyrhizi nas principais áreas produtoras de soja no mundo e entender como essa variabilidade é distribuída foi feita uma amostragem de P. pachyrhizi em diferentes países e continentes. A maior parte da amostragem foi feita no Brasil e nos Estados Unidos. A variabilidade genética foi estimada a partir de dados moleculares. Três regiões gênicas nucleares (fator de ribosilação do ADP, histona H4 e ITS) foram amplificadas, clonadas e sequenciadas de amostras de P. pachyrhizi dos diferentes locais. Um banco de dados foi criado com todas as sequências para cada região gênica. As sequências foram comparadas, e os polimorfismos identificados permitiram a diferenciação dos clones. Entre as regiões nucleares, o ITS (espaçador transcrito interno) é a principal marca utilizada para estudos de diversidade genética de fungos, tendo como base o sequenciamento do DNA. As estruturas secundárias formadas pelas regiões de ITS1 e ITS2 de P. pachyrhizi foram utilizadas para: examinar o padrão de polimorfismos de ITS; identificar características estruturais das regiões ITS; investigar a presença de pseudogenes ou artefatos de PCR e avaliar a utilidade do ITS em estudos de diversidade genética de P. pachyrhizi. Os resultados obtidos revelaram que as análises das estruturas secundárias permitiram avaliar a confiabilidade das mutações no ITS de P. pachyrhizi, possibilitando a utilização dessa região para estudos de diversidade genética. O sequenciamento das três regiões gênicas permitiu a diferenciação dos clones em haplótipos. Uma rede foi estimada para cada um dos bancos de dados para entender a relação genealógica entre os haplótipos. Os haplótipos foram plotados em mapas, nos respectivos locais de amostragem, para uma melhor compreensão da distribuição da variabilidade genética de P. pachyrhizi. Foram ainda estimados os índices de diversidade e de fluxo gênico para avaliar a estrutura genética de populações de P. pachyrhizi. Os resultados revelaram que P. pachyrhizi apresenta uma alta variabilidade genética e que grande parte dessa variabilidade está concentrada dentro das populações. Tais características podem ser explicadas pela alta taxa de mutação do fungo e pela alta capacidade de dispersão dos uredósporos, fazendo com que populações de diferentes países e continentes compartilhem os mesmos haplótipos. A comparação da variabilidade genética de P. pachyrhizi entre dois anos agrícolas brasileiros revelaram que o vazio sanitário não foi eficiente no estrangulamento genético de populações desse fungo. Ainda, a identificação dos mesmos haplótipos identificados na soja e no feijão kudzu, revela a relevância desse hospedeiro alternativo nos períodos de ausência de soja no campo. A distribuição geográfica dos haplótipos e as análises de fluxo gênico permitiram inferir as possíveis rotas de dispersão e colonização de P. pachyrhizi. Populações de P. pachyrhizi identificadas no Brasil apresentaram forte relação genealógica com as populações africanas, fortalecendo a hipótese desse continente como fonte de origem das populações brasileiras. Os Estados Unidos apresentaram populações de P. pachyrhizi distantemente relacionadas às identificadas nos outros países, dificultando a inferência do local de sua origem.
Asian soybean rust caused by Phakopsora pachyrhizi is an important disease in all soybean producing areas, including the two largest producing countries Brazil and the United States. Resistance genes (Rpp) to P. pachyrhizi have been constantly studied in soybean and related species, and some genes have been identified. However, due to the genetic plasticity of P. pachyrhizi these resistance genes are quickly overcome. In order to assess the level of genetic variability of P. pachyrhizi in major soybean producing areas of the world and understand how this variability is distributed a broad sampling of P. pachyrhizi from different countries and continents was made. Most sampling was carried out in Brazil and the United States, the two largest producers. Following sampling genetic variability was estimated from molecular data. Three nuclear gene regions (ADP ribosylation factor, histone H4, and ITS) were amplified, cloned and sequenced from samples of P. pachyrhizi from different locations. A database was created with all the gene sequences for each region. The sequences were compared, and polymorphisms were identified allowing differentiation of the clones. Among the nuclear regions, the ITS (internal transcribed spacer) is the best marker based on the sequencing of DNA used in genetic diversity studies of fungi. The secondary structures formed by the ITS1 and ITS2 regions of P. pachyrhizi were used to examine the pattern of ITS polymorphisms, identify structural characteristics of the ITS regions, investigate the presence of pseudogenes or PCR artefacts and to evaluate the usefulness of ITS in studies of genetic diversity of P. pachyrhizi. The data indicated that the analysis of secondary structures permits us to assess the reliability of mutations in ITS in P.pachyrhizi, allowing the use of this region for studies of genetic diversity. The sequencing of the three genetic regions allowed the differentiation of clones in haplotypes. A network of haplotypes was estimated for each of the databases to understand the genealogical relationship between the haplotypes. The haplotypes were plotted on maps in the respective sampling sites, to better understand the distribution of genetic variability of P. pachyrhizi. Diversity index and gene flow were estimated to assess the genetic structure of populations of P. pachyrhizi. The results showed that P.pachyrhizi has a high level of genetic variability, and that much of this variability is concentrated within populations. These characteristics can be explained by the high mutation rate of the fungus, and the high dispersal ability of spores, causing populations of different countries and continents share the same haplotype. The comparison of the genetic variability of P. pachyrhizi over two years revealed that the Brazilian agricultural field fallowing was not an effective genetic bottleneck of populations of this fungus. Still, the identification of these haplotypes observed in soybean, infecting the bean kudzu, reveals the importance of this alternate host during periods of absence of soybeans in the field. The geographical distribution of haplotypes and analysis of gene flow allowed us to infer the possible routes of dispersal and colonization of P. pachyrhizi. Populations of P.pachyrhizi identified in Brazil showed strong genealogical relationship with the African populations, strengthening the hypothesis that this continent was a source of origin of Brazilian populations. The United States had populations of P. pachyrhizi distantly related to those identified in other countries, complicating the inference of the origin of these populations.
Palavras-chave: Ferrugem-da-soja
Sequenciamento de nucleotídeo
Soja - Doenças e Pragas
Variação (Genética)
Evolução (Biologia)
Of soybean rust
Nucleotide sequencing
Soybean - Diseases and Pests
Variation (Genetics)
Evolution (Biology)
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::GENETICA::GENETICA MOLECULAR E DE MICROORGANISMOS
Idioma: por
País: BR
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Sigla da Instituição: UFV
Departamento: Genética animal; Genética molecular e de microrganismos; Genética quantitativa; Genética vegetal; Me
Programa: Doutorado em Genética e Melhoramento
Citação: FREIRE, Maíra Cristina Menezes. Molecular phylogeography of Phakopsora pachyrhizi based on data from sequencing of nuclear DNA regions. 2011. 98 f. Tese (Doutorado em Genética animal; Genética molecular e de microrganismos; Genética quantitativa; Genética vegetal; Me) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2011.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://locus.ufv.br/handle/123456789/1404
Data do documento: 27-Jul-2011
Aparece nas coleções:Genética e Melhoramento

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