Orientadores: Anete Pereira de Souza, Antonio Augusto Franco Garcia

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

Resumo: A crescente busca por variedades de cana-de-açúcar com maior produtividade e resistentes às principais doenças consiste em um importante objetivo para o sucesso de um programa de melhoramento. Assim, a utilização de marcadores moleculares na identificação de locos que controlam...

Resumo: A crescente busca por variedades de cana-de-açúcar com maior produtividade e resistentes às principais doenças consiste em um importante objetivo para o sucesso de um programa de melhoramento. Assim, a utilização de marcadores moleculares na identificação de locos que controlam características quantitativas (QTLs ¿ Quantitative Trait Loci) vêm ganhando cada vez mais destaque no programas de melhoramento genético. A presente tese teve como objetivo contribuir para o conhecimento básico sobre a genética e a biologia molecular da cana-de-açúcar através da detecção de marcadores ligados a características quantitativas. Foi utilizado uma população de cana-de-açúcar contendo 240 indivíduos F1 derivada do cruzamento entre as variedades comerciais SP81-3250 e RB925345. Para detectar os QTLs foi necessário realizar estudos fenotípicos e genotípicos. Foram coletados dados fenotípicos para as características de produção (altura, diâmetro, número e peso dos colmos) e de qualidade (sólidos solúveis, teor de sacarose do caldo e do colmo, pureza do caldo, teor de fibra) por três anos (2011, 2012 e 2013) nos municípios de Araras e Ipaussu, estado de São Paulo. Através de modelos mistos foi estimada a média, matriz de variância e covariância (VCOV), herdabilidade e a correlação fenotípica entre as características. Os resultados apresentados mostraram um ótimo controle ambiental, com menor valor de herdabilidade para pureza (0,77), além de 30 correlações fenotípicas significativas, confirmando que estes dados podem ser utilizados na detecção dos QTLs. Os dados genotípicos foram obtidos através da análise das regiões contendo microssatélites e de variações genéticas de único nucleotídeo, pelos marcadores SSR (Simple Sequence Repeat) e SNP (Single Nucleotide Polymorphism), respectivamente. A genotipagem dos SNPs foi realizada por espectrometria de massa pela Plataforma Sequenom MassARRAY® (Sequenom Inc., San Diego, California, USA). A análise foi realizada utilizando o programa SuperMASSA, que possibilitou estimar a ploidia dos locos. Assim, as marcas SNPs foram utilizadas na detecção dos QTLs para as características de produção e de qualidade. Por regressão linear foram encontradas 17 evidências de associação de QTL entre diâmetro dos colmos (quatro evidências), número de colmos (uma evidência), peso dos colmos (uma evidência), conteúdo de sólidos solúveis (duas evidências), teor de sacarose do caldo (três evidências), pureza (duas evidências), toneladas de cana por hectare (duas evidências) e toneladas de Pol por hectare (duas evidências). A proporção da variação fenotípica explicada pelo genótipo variou de 1,6% a 11,1%. Todos os SNPs que apresentaram associações com as características mencionadas tiveram os níveis de ploidia variando de hexaploide a dodecaploide. Por correlação genotípica-fenotípica, foi detectado sete evidências de associação de QTL entre diâmetro dos colmos (uma evidência), conteúdo de sólidos solúveis (duas evidências), teor de sacarose da cana (uma evidência), teor de sacarose do caldo (duas evidências) e pureza (uma evidência). Os SNPs detectados com correlações genotípica-fenotípica significativas apresentaram níveis de ploidia variando tetradecaploide a icosaploide. As diferentes ploidias permitiu a detecção de QTLs em multi-dose e podem ser usadas como informações prévias sobre os prováveis QTLs, contribuindo para o avanço do conhecimento da genética da cana-de-açúcar

Abstract: The increasing search for sugarcane varieties with higher productivity and resistant to major diseases is an important goal for the success of Sugarcane Breeding Program. Thus, molecular markers can be used to identify Quantitative Trait Loci (QTLs) and have become a powerful tool in...

Abstract: The increasing search for sugarcane varieties with higher productivity and resistant to major diseases is an important goal for the success of Sugarcane Breeding Program. Thus, molecular markers can be used to identify Quantitative Trait Loci (QTLs) and have become a powerful tool in Breeding Programs. This thesis aimed to contribute for the basic knowledge of genetics and molecular biology in sugarcane through detection of markers linked to quantitative traits. Was used a sugarcane population consisted of 240 F1 individuals derived from a cross between SP81-3250 and RB925345. To detect the QTLs it was necessary to perform phenotypic and genotypic studies. The phenotypic data were made for cane yield (stalk diameter, stalk height, stalk number, stalk weight and tons of cane per hectare) and quality traits (soluble solid content, sucrose content, juice sucrose content, purity, fiber and tons of Pol per hectare) for three harvest years (2011, 2012 and 2013) in Araras and Ipaussu cities, located in the state of São Paulo. The average, variance and covariance matrix (VCOV), heritability and phenotypic correlation was estimated via mixed models. All results showed a great environmental control, the lowest heritability was purity (0.77), besides 30 significant phenotypic correlations. confirming that these data can be used for QTLs detection. The genotypic data were obtained analyzing the regions containing microsatellites and single nucleotide genetic variants, by the markers SSR (Simple Sequence Repeat) and SNP (Single Nucleotide Polymorphism), respectively. The SNPs genotyping were performed via mass spectrometry by Sequenom MassARRAY® platform (Sequenom Inc., San Diego, California, USA). The analysis was performed using the SuperMASSA software allowing to estimate the loci ploidy. The SNPs markers were used for QTL detection for cane yield and quality traits. By linear regression 17 QTL association evidences were found for stalk diameter (four evidences), stalk number (one evidence), stalk weight (one evidence), soluble solid content (two evidences), juice sucrose content (three evidences), purity (two evidences), tons of cane per hectare (two evidences) and tons of Pol per hectare (two evidences). The phenotypic variation explained by genotype ranged from 1.6% to 11.1%. The SNPs associated with the traits mentioned had ploidy levels ranging from hexaploid to dodecaploide. Via genotypic-phenotypic correlation, it was detected seven QTL evidence of association for stalk diameter (one evidence), soluble solid content (two evidences), sucrose content (one evidence), juice sucrose content (two evidences) and purity (one evidence). The SNPs detected significant genotypic-phenotypic correlations showed ploidy levels ranging from tetradecaploide to icosaploide. The different ploidies allowed the detection of QTLs in multi-dose and can be used as prior information about QTL mapping, contributing to the advancement of the sugarcane genetics knowledge