Orientadores: Luciana Lasry Benchimol Reis, Luis Eduardo Aranha Camargo

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma importante fonte de proteínas na dieta humana. A mancha angular (ALS), causada pelo fungo Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, acarreta grandes prejuízos na produção do feijão. O melhoramento do feijoeiro busca ferramentas que agilizem...

Resumo: O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma importante fonte de proteínas na dieta humana. A mancha angular (ALS), causada pelo fungo Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, acarreta grandes prejuízos na produção do feijão. O melhoramento do feijoeiro busca ferramentas que agilizem a transferência de genes de resistência às doenças para cultivares em desenvolvimento. Assim, foi objetivo deste trabalho estudar os mecanismos genéticos e moleculares envolvidos na resposta do feijão à ALS, e com isso contribuir para o melhoramento dessa cultura. Primeiramente, QTLs (Quantitative Trait Locus) de resistência à ALS foram identificados utilizando a população de mapeamento UC (IAC-UNA x CAL 143) a partir do mapa genético previamente desenvolvido com marcadores microssatélites. O estudo quantitativo da severidade da ALS revelou distribuição normal e transgressiva na população UC, com resistência quantitativa observada em CAL 143. Ao todo foram mapeados sete QTLs em cinco diferentes grupos de ligação de feijão. Dentre estes, o loco ALS10.1 mostrou maior efeito (16% - 22%) e estabilidade nos três ambientes analisados: (1) condições naturais de infecção em época chuvosa de plantio; (2) condições naturais de infecção em época seca de plantio; e (3) condições controladas de infecção raça-específica em casa de vegetação. A região do loco ALS10.1 foi saturada com marcadores microssatélites, SCARs e Sequence-Tagged Site-DArTs (STS-DArTs); este último através da técnica de bulk segregant analysis (BSA). O intervalo de confiança foi reduzido de 13.4 cM para 3.0 cM após a saturação do loco, que teve seu número de marcadores aumentado de quatro para 10. O estudo do contexto genômico do ALS10.1 através do alinhamento dos marcadores com o rascunho do genoma do feijão possibilitou definir uma região core para o QTL na extremidade do cromossomo Pv10, com aproximadamente 5,3 Mb. Análise de Gene Onthology (GO) dos 323 genes preditos nesta região do genoma demonstrou que 61,6% destes genes estão envolvidos na resposta a estresse. Cluster de genes TIR-NB-ARC (domínios altamente conservado em genes (R) de Resistência) foi identificado cobrindo aproximadamente 849 Kb na região core de ALS10.1; além de esta região conter outros genes sabidamente relacionados à imunidade de plantas. Sete genes presentes na região core de ALS10.1 foram selecionados com base na função na resistência à patógenos dos respectivos ortólogos em Arabidopsis thaliana, e tiveram sua expressão gênica avaliada na resposta à P. griseola. Gene R TIR-NB-ARC (Phvul.010G025700) foi induzido em resposta compatível no genótipo IAC-UNA, com isso deve permitir a proliferação do patógeno, possivelmente através do reconhecimento do Avr (avirulência) do fungo, bloqueando a resposta de defesa. Além disso, genes putativos de regulação negativa da resposta imune pela inativação da via do ácido salicílico (SA) foram reprimidos durante resposta incompatível no genótipo CAL 143. O AS é um hormônio chave para resposta de defesa induzida por patógenos em plantas. Com isso, o reconhecimento do patógeno pelo feijão deve ocorrer através de genes R para sinalização downstream da resposta de defesa mediada por AS. Os resultados deste trabalho permitirão que o melhorista manipule a diversidade genética do feijão, seja pela introgressão e piramidação dos genes de resistência através de seleção assistida por marcadores ou transgenia; seja pela identificação de cultivares geneticamente resistentes pela análise de expressão gênica

Resumo: O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma importante fonte de proteínas na dieta humana. A mancha angular (ALS), causada pelo fungo Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, acarreta grandes prejuízos na produção do feijão. O melhoramento do feijoeiro busca ferramentas que agilizem...

Resumo: O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma importante fonte de proteínas na dieta humana. A mancha angular (ALS), causada pelo fungo Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, acarreta grandes prejuízos na produção do feijão. O melhoramento do feijoeiro busca ferramentas que agilizem a transferência de genes de resistência às doenças para cultivares em desenvolvimento. Assim, foi objetivo deste trabalho estudar os mecanismos genéticos e moleculares envolvidos na resposta do feijão à ALS, e com isso contribuir para o melhoramento dessa cultura. Primeiramente, QTLs (Quantitative Trait Locus) de resistência à ALS foram identificados utilizando a população de mapeamento UC (IAC-UNA x CAL 143) a partir do mapa genético previamente desenvolvido com marcadores microssatélites. O estudo quantitativo da severidade da ALS revelou distribuição normal e transgressiva na população UC, com resistência quantitativa observada em CAL 143. Ao todo foram mapeados sete QTLs em cinco diferentes grupos de ligação de feijão. Dentre estes, o loco ALS10.1 mostrou maior efeito (16% - 22%) e estabilidade nos três ambientes analisados: (1) condições naturais de infecção em época chuvosa de plantio; (2) condições naturais de infecção em época seca de plantio; e (3) condições controladas de infecção raça-específica em casa de vegetação. A região do loco ALS10.1 foi saturada com marcadores microssatélites, SCARs e Sequence-Tagged Site-DArTs (STS-DArTs); este último através da técnica de bulk segregant analysis (BSA). O intervalo de confiança foi reduzido de 13.4 cM para 3.0 cM após a saturação do loco, que teve seu número de marcadores aumentado de quatro para 10. O estudo do contexto genômico do ALS10.1 através do alinhamento dos marcadores com o rascunho do genoma do feijão possibilitou definir uma região core para o QTL na extremidade do cromossomo Pv10, com aproximadamente 5,3 Mb. Análise de Gene Onthology (GO) dos 323 genes preditos nesta região do genoma demonstrou que 61,6% destes genes estão envolvidos na resposta a estresse. Cluster de genes TIR-NB-ARC (domínios altamente conservado em genes (R) de Resistência) foi identificado cobrindo aproximadamente 849 Kb na região core de ALS10.1; além de esta região conter outros genes sabidamente relacionados à imunidade de plantas. Sete genes presentes na região core de ALS10.1 foram selecionados com base na função na resistência à patógenos dos respectivos ortólogos em Arabidopsis thaliana, e tiveram sua expressão gênica avaliada na resposta à P. griseola. Gene R TIR-NB-ARC (Phvul.010G025700) foi induzido em resposta compatível no genótipo IAC-UNA, com isso deve permitir a proliferação do patógeno, possivelmente através do reconhecimento do Avr (avirulência) do fungo, bloqueando a resposta de defesa. Além disso, genes putativos de regulação negativa da resposta imune pela inativação da via do ácido salicílico (SA) foram reprimidos durante resposta incompatível no genótipo CAL 143. O AS é um hormônio chave para resposta de defesa induzida por patógenos em plantas. Com isso, o reconhecimento do patógeno pelo feijão deve ocorrer através de genes R para sinalização downstream da resposta de defesa mediada por AS. Os resultados deste trabalho permitirão que o melhorista manipule a diversidade genética do feijão, seja pela introgressão e piramidação dos genes de resistência através de seleção assistida por marcadores ou transgenia; seja pela identificação de cultivares geneticamente resistentes pela análise de expressão gênica

Abstract: The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is an important protein source in human diet. The angular leaf spot (ALS), caused by the fungus Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, leads to great common bean yield losses. The common bean breeding search for tools that improve the...

Abstract: The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is an important protein source in human diet. The angular leaf spot (ALS), caused by the fungus Pseudocercospora griseola (Sacc.) Crous & Braun, leads to great common bean yield losses. The common bean breeding search for tools that improve the transferring of disease resistance genes to developing cultivars. Therefore, the objective of the present work was study the genetic and molecular mechanisms enrolled in the common bean responses to ALS, and with this contribute to this crop breeding. Initially, ALS resistance QTLs were identified using the UC (IAC-UNA x CAL 143) mapping population based on the genetic map previously developed with microsatellites markers. The quantitative study of the ALS disease severity reveals normal and transgressive distribution on the UC population, with quantitative resistance observed in CAL 143. Seven QTLs were mapped in five different common bean linkage groups. Of these, the ALS10.1 locus showed major effect (16% - 22%) and stability in all three environments analyzed: (1) natural infection conditions in the dry season; (2) natural infection conditions in wet season; and (3) race-specific controlled infection conditions in greenhouse. The ALS10.1 locos region was saturated with microsatellites, SCARs and Sequence-Tagged Site-DArTs (STS-DArTs) markers; the latter using the bulk segregant analysis (BSA). The confidence interval was reduced from 13.4 cM to 3.0 cM after the locus saturation, which had the markers number increased from four to 10. The study of the ALS10.1 genomic context through the alignment of the markers to the draft of the common bean genome enabled the identification of the QTL core at the end of the chromosome Pv10, with approximately 3.5 Mb. The Gene Ontology (GO) analyses of the 323 predicted genes for this genomic region demonstrated that 61.6% of the genes are involved in stress responses. A TIR-NB-ARC gene cluster (domains highly conserved in Resistance (R) genes), was observed covering approximately 849 Kb on the ALS10.1 core region; besides this region also presents other genes known to be related to plant immunity. Seven genes on ALS10.1 core region were selected based on the role in pathogen resistance of the respective Arabidopsis thaliana orthologs, and had their gene expression pattern evaluated in response to P. griseola. The R gene TIR-NB-ARC was induced during the compatible response of the genotype IAC-UNA; therewith it should enable the pathogen proliferation, probably through the fungus Avr recognition, blocking the defense response. In addition, putative negative regulator genes of immune response through the inactivation of salicylic acid (SA) via were repressed during the incompatible response of the CAL 143. The SA is a key hormone to pathogen induced plant defense response. Therefore, the common bean pathogen recognition should take place through the R genes to the downstream signaling of the SA-mediated defense response. The results of the present work will enable the manipulation of the bean genetic diversity by the breeder either by introgression and pyramiding of resistance genes through marker assisted selection or transgenesis; or by the identification of genetically resistant cultivars through gene expression analysis