Identificación, caracterización, mapeo y organización genómica de genes de resistencia a la roya del girasol - Bulos, Mariano (2019)
La roya más común en los girasoles cultivados y silvestres se encuentra en todos los países donde se cultiva girasol y ha causado graves pérdidas de rendimiento en Argentina, Canadá, Rusia, E.U.A. y Australia. La información obtenida a partir de monitoreos continuos de las zonas de producción de girasol con la intención de identificar las razas del patógeno presentes en las diferentes regiones y entender la dinámica producida a lo largo de los años, luego del uso de distintas metodologías de control, es una herramienta fundamental para definir las estrategias de mejoramiento. La sustitución de cultivares de polinización abierta susceptibles con híbridos que poseen resistencia a una o más razas ha disminuido considerablemente las pérdidas por roya. Sin embargo, a medida que se producen cambios en la población de roya y las razas capaces de atacar híbridos aumentan en frecuencia, las epidemias de roya se han presentado nuevamente. Existen hoy en día, numerosas fuentes de resistencia a roya identificadas en girasol, de diversos orígenes, pero solo unas pocas han sido extensivamente utilizadas, y sólo algunas de ellas han sido genéticamente caracterizadas. Además de dilucidar el control genético detrás de cada una de las fuentes de resistencia disponibles, y con el objetivo de poder hace un uso eficiente de estos genes, introgresarlos y apilarlos en germoplasma elite, es crítico conocer su ubicación genómica. Esto permitirá detectar marcadores ligados que faciliten su seguimiento a lo largo de cruzas y sus progenies derivadas. Este trabajo tuvo como objetivo general el estudio del control genético de la resistencia a roya en girasol. Se condujo un estudio de la distribución del patógeno en las regiones donde se produce el cultivo y una detallada caracterización racial. Esto permite hacer uso de los aislamientos obtenidos como una herramienta de selección y de estudio de especificidades de los factores implicados en la resistencia. Además, se trabajó para determinar la herencia de la resistencia a roya en fuentes que todavía no han sido caracterizadas genéticamente y determinar su relación con otras fuentes descriptas. Mapear en el genoma de girasol genes previamente descriptos utilizando marcadores moleculares del tipo SSR, SNP y marcadores diseñados de novo para las regiones genómicas de interés fue unos de los objetivos de mayor importancia. Al mismo tiempo, se realizó la piramidización o desagregación de genes de resistencia con el objetivo de determinar así sus especificidades. Se condujeron trabajos de recolección y análisis de aislamientos del patógeno a nivel nacional. Dichos aislamiento fueron posteriormente evaluados con materiales diferenciales, siendo algunos de los mismos seleccionados para nuestros objetivos centrales. Con el fin de entender el control genético subyacente a la resistencia se produjeron poblaciones recombinantes a partir del cruzamiento con diferentes fuentes de resistencia. Utilizando la metodología de Análisis de Segregantes en Masa se pudo establecer de manera rápida y eficiente la localización de los factores de control del carácter en el genoma del cultivo. Para dos de estas fuentes, HAR6 y P386, materiales que mostraban ser de gran utilidad para los programas de mejoramiento a nivel global dado su perfil de resistencia, se continuó con un proceso de mapeo aún más detallado. Este trabajo implicó el diseño de nuevos marcadores que permitieran mejorar la saturación en las regiones de interés, teniendo en cuenta información de secuencia previamente generada. Se realizó también un estudio de alelismo entre el factor que gobierna la resistencia en P386 y el presente en HAR4. La información obtenida permitirá la piramidización de estos factores en una misma línea endocriada de girasol. De este modo, se logró establecer un mapa de las razas fisiológicas de roya prevalentes en nuestro país y realizar comparaciones con información histórica, así como también inferir sobre los posibles motivos de los cambios observados a través del tiempo. Se pudo establecer que el control genético de la resistencia en las fuentes utilizadas estaba conferido por un gen o factor dominante, y que en todos los casos se localizaban en el grupo de ligamiento 13 del mapa público de girasol. En particular para HAR6 y P386, se mapeo de manera más detallada los factores determinantes de sus resistencias, RHAR6 y Pu6, respectivamente, y se logró establecer su posición con respecto a sus marcadores flanqueantes. Esta información permitió, además de validar una estrategia de selección asistida por marcadores para este carácter, establecer herramientas para la eliminación del arrastre por ligamiento de las regiones adyacentes. En el caso de Pu6, se logró establecer su relación alélica con R4, de HAR4. El diseño de nuevos marcadores para lograr la saturación del grupo de ligamiento 13 se llevó a cabo mediante dos estrategias. La primera, basada en el diseño de nuevos marcadores microsatélites a partir de secuencias de una BAC localizada en la región de interés. Esto dió como resultado la obtención de 3 nuevos marcadores, uno de ellos, NidGi1, logró ser ubicado en los mapas de ligamiento desarrollados. La segunda estrategia estuvo basada en el diseño de cebadores degenerados con alta similitud a regiones aminoacídicas y nucleotídicas conservadas presentes en análogos de genes de resistencia. Mediante esta estrategia se logró generar productos de amplificación que, sin embargo, no mostraron polimorfismo para el material analizado. Los resultados de este trabajo permitieron contribuir al conocimiento existente sobre la genética de la resistencia a roya. Esto permitirá el diseño de germoplasma utilizando una estrategia sostenible de control de la enfermedad. Además proporciona herramientas para la asistencia a los programas de mejoramiento en la definición de fuentes de tolerancia, estrategias de introgresión y piramidización de genes en materiales elite. Finalmente, las estrategias, metodologías, herramientas y conocimientos desarrollados en esta tesis contribuyen al desarrollo del cultivo y promueven la adopción de la genómica en las distintas etapas del mejoramiento de girasol.