Búsqueda, selección y localización genética de marcadores análogos a genes de resistencia en poblaciones de avena segregantes para caracteres de resistencia a la roya de la corona
- Autores: María Jesús Sanz Peña
- Directores de la Tesis: Esther Ferrer Cebrián (dir. tes.), Yolanda Loarce Tejada (codir. tes.), María Montserrat Araceli Fominaya Yagüe (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Nicolás Jouve de la Barreda (presid.), Juan M. González Triguero (secret.), Dori Cabrera Caballero (voc.), Marcelino Pérez de la Vega (voc.), Juan Orellana Saavedra (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
Las plantas han desarrollado un sistema para defenderse del ataque de agentes patógenos, sin embargo, éstos son capaces de escapar de las distintas estrategias de defensa de la planta lo que conduce al desarrollo de la enfermedad. Uno de los principales objetivos de la mejora genética vegetal es la obtención de variedades resistentes a patógenos como el método más efectivo para el control de las enfermedades.
En Avena, la obtención de nuevos cultivares resistentes al hongo Puccinia coronata, causante de la roya de la corona, o resistentes a otros hongos causantes de enfermedades es el método más efectivo para el control de dichas patologías. Sin embargo, existe un inconveniente importante como es el tiempo requerido para su obtención. Un instrumento adecuado para acortar esos procesos es la utilización de marcadores que permitan realizar selección asistida por marcador. El conocimiento creciente de secuencias génicas implicadas en la resistencia a patógenos hace posible abordar la obtención de marcadores basados en dichas secuencias.
La estructura molecular de las proteínas codificadas por genes de resistencia a patógenos aislados de diferentes especies se caracteriza por la presencia de dominios conservados. Este hecho ha facilitado el aislamiento de secuencias similares a dichos genes que se conocen como secuencias análogas a genes resistencia o RGAs. Los RGAs se han convertido en marcadores eficientes de caracteres de resistencia controlados por genes tanto cualitativos como QTLs.
En este trabajo, se han utilizado diferentes metodologías para obtener marcadores RGAs en avena. Una de ellas ha utilizado secuencias RGAs aisladas de especies de avena y de otras próximas a ella, como trigo y cebada, para obtener marcadores de tipo RFLP. La segunda metodología empleada ha consistido en un procedimiento multilocus, denominado NBS/PK profiling, desarrollado a partir de cebadores degenerados dirigidos a los motivos conservados de genes R, de la clase NBS-LRR, y derivados de genes para proteínas quinasas también implicados en resistencia y defensa frente a patógenos.
Se ha procedido a la localización genética de todos los tipos de marcadores empleados en tres mapas genéticos de avena. Un mapa derivado del cruzamiento entre dos especies diploides A. strigosa x A.wiestii que segrega para dos genes mayores de resistencia a P. coronata, un segundo mapa entre dos genotipos de la especie hexaploide A. sativa (MN841801-1 x Noble-2') que segrega para ocho QTLs de resistencia parcial a P. coronata, y un tercer mapa que se considera el mapa de referencia hexaploide procedente del cruzamiento entre A. byzantina cv Kanota' y A. sativa cv Ogle'. Se han identificado marcadores ligados a los principales genes y QTLs de resistencia segregantes en dichas poblaciones de mapa, así como marcadores que se sitúan en regiones donde se han identificado otros loci de resistencia en distintos mapas de avena.
Las sondas RGAs utilizadas para originar marcadores RFLP detectan tanto loci homólogos como homeólogos en las especies poliploides. Esto supone un inconveniente si se pretende disponer de marcadores apropiados para cada locus de resistencia específico. Se ha desarrollado un procedimiento para convertir los marcadores RFLPs en marcadores específicos de locus o sitio (STS) a partir de secuencias RGAs.
A lo largo de la evolución del género Avena se han producido un gran número de reordenaciones cromosómicas, las cuales han dificultado el establecimiento de relaciones claras de homología y homeología entre los cromosomas de distintas especies y dentro de las especies poliploides, respectivamente. Igualmente, han afectado al establecimiento de dichas relaciones entre grupos de ligamiento. En este trabajo, los marcadores en común de tipo RGA-RFLP localizados en los distintos mapas genéticos han contribuido a confirmar y establecer algunas de estas relaciones de homología y homeología entre distintos grupos de ligamiento.
Igualmente, las reordenaciones cromosómicas dentro del género han impedido construir mapas genéticos con un número de grupos de ligamiento equivalente al de cromosomas de la especie y relacionar cada grupo de ligamiento con su cromosoma correspondiente. En este trabajo se han utilizado series monosómicas de avena hexaploide y marcadores RGAs y se han seguido procedimientos citogenéticos para contribuir a solucionar esas carencias.
En primer lugar se han caracterizado las series monosómicas de A. byzantina cv ‘Kanota’ y A. sativa cv ‘SunII’, mediante FISH con sondas de ADN repetido específicas de genomio y ADN ribosomal. Esto ha permitido la identificación de los distintos cromosomas del complemento hexaploide, y unificar las nomenclaturas empleadas por distintos investigadores para denominarlos. En segundo lugar, se ha empleado la microdisección cromosómica sobre los términos monosómicos para extraer ADN del cromosoma que aparecía como univalente en células en metafase I. La posterior amplificación en ese ADN de RGAs previamente identificados en los mapas de avena ha permitido establecer relaciones entre cromosomas y grupos de ligamiento. Por otro lado, se han realizado experimentos de FISH con sondas RGAs previamente localizadas en los mapas de avena, lo que ha hecho posible, igualmente, establecer asociaciones entre grupos de ligamiento y cromosomas en diferentes especies de Avena.
- English
Plants have developed a precise system to defense against pathogens attack. However, these are able to escape the different strategies of plant defense leading to disease development, with important impact on the productivity of agronomical interest crops. Therefore, one of the main objectives of plant breeding is the development of varieties resistant to pathogens as the most effective method of disease control.
In Avena, the development of new resistant cultivars to the fungus Puccinia coronata, causal agent of crown rust, or resistant cultivars to other disease-causing fungi is the most effective method to control these diseases. However, the major disadvantage is the time required for their production. An appropriate instrument to shorten these processes is the use of markers to perform marker-assisted selection.
Increasing knowledge of gene sequences involved in resistance to pathogens allows the collection of markers based on these sequences. These functional markers have advantages over neutral molecular markers, including the greater likelihood of identifying candidate genes responsible for the phenotypic manifestation of resistance.
The molecular structure of proteins encoded by resistance genes to pathogens isolated from different species is characterized by the presence of conserved domains. These have facilitated the isolation of similar sequences to these genes in different plant species. These sequences are known as analogues resistance genes or RGAs. The RGAs have become efficient markers of resistance traits controlled by qualitative genes and QTLs.
In this paper, we have used different methodologies for RGAs markers in oat. One of them has used RGAs sequences isolated from Avena species and other species near them, such as wheat and barley, as markers for RFLPs. The existence of a large number of expressed sequences in these related species allows the selection of sequences with RGAs features. This has facilitated the collection of homologous markers in oat. The second methodology used consisted of a multilocus procedure, called NBS/PK profiling, developed with degenerate primers targeting conserved motifs of R genes, like the conserved motifs of the NBS-LRR class and the protein kinases, also involved in resistance against pathogens.
We proceeded to the genetic location of all types of markers used in three genetic maps of oat. A map derived from the cross between two diploid species A.strigosa x A.wiestii that segregates for two major resistance genes to P. coronata, a second map between two genotypes of the hexaploid species A. sativa (MN841801-1 x 'Noble-2') that segregates for eight QTLs for partial resistance to P. coronata, and a third map which is considered the reference map from the crossing hexaploid A. byzantina cv ‘Kanota’ and A. sativa cv ‘Ogle’. In this paper, have been identified markers linked to major resistance genes and QTLs segregating in the populations, and markers located in regions where others resistance loci have been identified in different oat maps. RGAs probes used for RFLP markers identified both homologous and homoeologus loci in polyploid species. These could be a disadvantage to provide appropriate markers for each specific resistance locus. We have developed a procedure to convert RGA-RFLP markers in locus-specific markers or sequence tagged site (STS) markers.
Throughout the evolution of the genus Avena have been a large number of chromosomal rearrangements, which have hindered to establish of homology and homoeology relationships between chromosomes of different species and within polyploid species, respectively. And these have also affected the establishment of relationships between linkage groups. In this paper, the common RGA-RFLP markers located in different genetic maps have allowed to confirm and establish some of the homoeology and homology relationships between linkage groups.
The chromosomal rearrangements within the genus have prevented the construction of genetic maps with an equivalent number of linkage groups and chromosomes and relate each linkage group with its corresponding chromosome. In this work we have used monosomic series of hexaploid oat and RGAs markers, and we have followed cytogenetic procedures to solve these problems.
First we have characterized the monosomic series of A. byzantina cv ‘Kanota’ and A. sativa cv ‘SunII’, using repetitive sequence specific of genome and ribosomal DNA as FISH probes. These have allowed the identification of different chromosomes of the hexaploid complement and unify the nomenclatures used to call them by different investigators. Secondly, we have used chromosome microdissection of monosomic lines for extracting DNA of the univalent chromosome in cells in metaphase I. The subsequent DNA amplification of RGAs that previously identified in the maps of oats has established relationship between chromosomes and linkage groups. Furthermore, FISH experiments have been performed with RGAs probes previously located on oat maps, which has made it possible to establish relationships between linkage groups and chromosomes in different species of Avena.
- español
