Validação de marcadores KASP associados a características de interesse em genótipos brasileiros de trigo para seleção assistida por marcadores

Abstract

O Brasil está expandindo suas fronteiras agrícolas da triticultura para a região do Cerrado, onde pesquisas por programas de melhoramento de instituições públicas e privadas visam a desenvolver cultivares adaptadas às condições de clima tropical. Novas tecnologias vêm auxiliando os métodos tradicionais de melhoramento como a seleção assistida por marcadores (SAM). Os polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) são marcadores abundantes no genoma, além de serem de fácil detecção em larga escala, por esse motivo, são muito utilizados na SAM. O ensaio KASP (Kompetitive Allele Specific PCR) é uma plataforma para genotipagem para detecção de SNPs. O objetivo deste estudo foi validar marcadores KASP em germoplasma com linhagens e cultivares de trigo do Programa Trigo UFV. Foram utilizados 67 cultivares comerciais de trigo brasileiras desenvolvidas por empresas públicas e privadas e 27 linhagens do Banco de Germoplasma do Programa Trigo UFV. As plantas foram semeadas em casa de vegetação e as folhas amostradas no Laboratório de Biotecnologia e Melhoramento Vegetal, no Departamento de Agronomia da UFV. Para genotipagem, foram coletados quatro discos de 6 mm de diâmetro de folhas jovens, com perfuradores, 15 dias após a semeadura na casa de vegetação. Os discos foliares foram colocados em uma placa de 96 poços. As amostras dentro da placa foram secadas em dessecador de vidro com sílica gel por 37 horas. Posteriormente, a placa foi condicionada em saco plástico contendo pacotes de 10 g com sílica gel, devidamente lacrada e empacotada de acordo com as especificações da empresa Intertek. Quinze marcadores selecionados da coleção de marcadores KASP disponíveis para Triticum aestivum L. na Excellence in Breeding (EiB) foram utilizados. Dois marcadores (snpTA00019 e snpTA00665) falharam na amplificação e três marcadores (snpTA00018, snpTA00601 e snpTA00608) foram monomórficos. Os ensaios de fenotipagem conduzidos no campo experimental Professor Diogo Alves de Melo da Universidade Federal de Viçosa. Os materiais foram fenotipados em campo para as seguintes características: altura de planta (AP), massa de 100 grãos (M100G), dias para espigamento (DPE) e produtividade (PROD). Os dados fenotípicos foram submetidos a uma análise de modelos mistos pelo método da máxima verossimilhança restrita (REML) para obtenção dos parâmetros e valores da genotípicos (BLUP). Por fim, foi verificado se há associação entre os marcadores e as características fenotipadas utilizando o teste de Kruskall- Wallis (P < 0.05), teste de Mann-Whitney (Wilcoxon rank-sum test) e foi realizada regressão linear para avaliar o efeito dos marcadores. Os marcadores para fotoperíodo snpTA0003 e snpTA0008 tiveram associação significativa com os dados fenotípicos para dias para espigamento, produção e massa de 100 grãos. O marcador para altura snpTA0002 não apresentou associação, porém quando comparado em conjunto com o marcador para o gene Rht-B1, mostrou associação significativa, denotando a necessidade de usar estes dois marcadores juntos. As associações para tamanho de grão não foram significativas para nenhum marcador. Palavras-chave: Triticum aestivum L.; Single Nucleotide Polymorphisms; Kompetitive Allele Specific PCR.

Brazil is expanding its wheat agriculture frontiers to the Cerrado region, where research programs by public and private institutions aim to develop cultivars adapted to tropical climate conditions. New technologies are aiding traditional breeding methods, such as marker-assisted selection (MAS). Single nucleotide polymorphisms (SNPs) are abundant markers in the genome and easily detectable on a large scale, making them widely used in MAS. The Kompetitive Allele Specific PCR (KASP) assay is a genotyping platform for SNP detection. The goal of this study was to validate KASP markers in germplasm with Brazilian wheat lines and cultivars from the UFV Wheat Program. We used sixty-seven commercial Brazilian wheat cultivars developed by public and private companies, along with 27 lines from the UFV Wheat Germplasm Bank. The plants were sown in a greenhouse, and leaf samples were collected at the Laboratory of Biotechnology and Plant Breeding in the Department of Agronomy at UFV. For genotyping, four 6 mm diameter leaf discs were collected using punches, 15 days after sowing in the greenhouse. The leaf discs were placed in a 96-well plate and dried in a desiccator with silica gel for 37 hours. Subsequently, the plate was placed in a plastic bag containing 10 g packets of silica gel, properly sealed, and packaged according to the specifications of the Intertek company. Fifteen selected markers from the KASP marker collection available for Triticum aestivum L. at Excellence in Breeding (EiB) were used. Two markers (snpTA00019 and snpTA00665) failed in amplification, and three markers (snpTA00018, snpTA00601, and snpTA00608) were monomorphic. Phenotyping assays were conducted at the Professor Diogo Alves de Melo Experimental Field at the Federal University of Viçosa. The materials were phenotyped in the field for the following traits: plant height (PH), 100-grain weight (100GW), days to heading (DH), and yield (YLD). The phenotypic data were subjected to a mixed model analysis using the restricted maximum likelihood (REML) method to obtain the genotypic parameters and best linear unbiased predictions (BLUP) values. Finally, the association between markers and phenotypic traits was tested using Kruskal-Wallis test (P < 0.05), Mann- Whitney test (Wilcoxon rank-sum test), and linear regression was performed to evaluate marker effects. The markers for photoperiod (snpTA0003 and snpTA0008) showed significant associations with phenotypic data for days to heading, yield, and 100-grain weight. The height marker (snpTA0002) did not show any significant association, but when compared together with the Rht-B1 gene marker, a significant association was observed, indicating the need to use these two markers together. Associations with grain size were not significant for any marker. Key-Words: Triticum aestivum L.; Single Nucleotide Polymorphisms; Kompetitive Allele Specific PCR.