El trigo candeal (Triticum turgidum spp. durum) es un cereal importante en la alimentación humana y constituye la materia prima para la elaboración de pastas y otras comidas tradicionales. En Argentina el cultivo ocupa el sur de la provincia de Buenos Aires de clima sub-húmedo/semiárido, inviernos marcados y temperaturas mínimas variables en fecha e intensidad. Las heladas de julio a noviembre afectan el cultivo en estadío vegetativo y reproductivo. El germoplasma cultivado de candeal en nuestro país esta reducido a unas pocas variedades de hábito primaveral, con escaza descripción de los determinantes de la fecha de floración y del comportamiento frente a bajas temperaturas. La complejidad del carácter ha limitado la efectividad del mejoramiento tradicional. El análisis de secuencias de ADN y de expresión génica abre nuevas perspectivas. Se identificaron genes en trigo pan que intervienen en la determinación de la longitud del ciclo y en los procesos de aclimatación y adquisición de tolerancia a heladas. El objetivo de este estudio fue determinar la variabilidad en la tolerancia a bajas temperaturas en una colección de trigo candeal en etapa vegetativa y reproductiva y caracterizar genes candidatos. Se evaluaron 72 accesiones a campo en tres ambientes (Cabildo 2008, Cabildo 2009, Barrow 2009) donde se registró días a espigazón y se cuantificó el porcentaje de daño en hoja y en espigas (blanca, deformada y afectada por zonas). Se observó correlación entre ambientes para la variable días a espigazón. El daño en espiga varió entre máximos de 45% en Barrow y 12% en Cabildo hasta un mínimo de <1% en ambos, siendo la espiga afectada por zonas la forma de daño más frecuente. Un set de 32 genotipos se seleccionó para evaluar floración, tolerancia a helada en condiciones controladas y para análisis molecular. Se observaron diferencias en la respuesta a vernalización y fotoperíodo y variación en los genes involucrados. De los 32 genotipos, 28 mostraron el alelo primaveral VRN-A1 y los restantes el alelo invernal vrn-A1. Sólo una accesión presentó requerimiento estricto de vernalización. Se reconocieron hábitos de crecimiento primaveral, invernal y facultativo. El estudio de expresión de VRN-A1 mostró inducción por vernalización en todos los materiales y estadíos. En condiciones no vernalizantes, los materiales facultativos mostraron una expresión más tardía de VRN-A1, mientras que en el genotipo invernal no se detectó expresión. En cuanto al fotoperíodo, ocho genotipos presentaron el alelo de insensibilidad en el locus Ppd-A1 y 24 el alelo de sensibilidad. En todos los genotipos excepto en dos, la evaluación fenotípica coincidió con la caracterización molecular del promotor de Ppd-A1. Las evaluaciones de tolerancia a heladas en cámara basadas en el porcentaje de daño en hoja, discriminaron genotipos tolerantes y susceptibles destacándose dos líneas que corresponden al un material invernal y a uno primaveral. En cuanto a los genes de respuesta a frío, se obtuvieron secuencias de TdDREB-A1 y TdCBF14. En el primer caso se identificaron polimorfismos cuya combinación originó seis haplotipos, uno de los cuales resultó específico del material invernal tolerante. En TdCBF14 se encontró un polimorfismo asociado a tolerancia a frío en cebada. El análisis de expresión de genes COR en ocho genotipos mostró diferencias entre materiales y tratamientos, aunque la relación entre los polimorfismos moleculares y la tolerancia requieren de experimentos adicionales. La integración de la información obtenida representa un aporte a la caracterización de los recursos genéticos de trigo candeal, de utilidad al momento de elegir los materiales con ciclos más apropiados para cada sitio de cultivo. / Durum wheat (Triticum turgidum spp. durum) is an important cereal for human consumption and constitutes the raw material for pasta manufacturing and others traditional foods. Cultivation in Argentina comprises the South of Buenos Aires province where the climate is sub-humid/semi-arid, hard winters and variable minimum temperatures in date and intensity. Frost days from July to December can affect the crop both during vegetative and reproductive stage. Cultivated germplasm in our country is reduced to a few varieties with spring habit, with scarce description about determinants of flowering date and performance under low temperatures. The complex inheritance of this trait has limited the effectiveness of traditional breeding programs. The analysis of DNA sequences and gene expression opens new perspectives. Genes involved in cycle length, cold acclimation and the acquisition of frost tolerance has been identified in bread wheat. The objective of this study was to determine the variability in the tolerance to low temperatures in a durum wheat collection at vegetative and reproductive stage and to characterize candidate genes. Seventy-two accessions were field evaluated in three environments (Cabildo2008, Cabildo2009, Barrow2009) where ear emergence date was registered and percentage of damage in leaves and spikes were quantified (white spikes, deformed spikes and affected by zones). Days to ear emergence showed to be correlated across environments. Ear damage varied between maximum values of 45% in Barrow and 12% in Cabildo up to a minimum of <1% in both environments, being the spike affected by zones the most frequent class of damage. A set of 32 genotypes was selected to evaluate flowering date and frost tolerance under controlled conditions and for molecular analysis. Differences at vernalization and photoperiod response together with allelic variability at the involved genes were observed. Within the 32 accessions, 28 showed the VRN-A1 spring allele and the others the winter vrn-A1allele. Only one accession presented a strict vernalization requirement. Spring, winter and facultative growth habits were observed. The study of VRN-A1 gene expression showed vernalization induction in all the materials and stages. Under not-vernalized conditions, the facultative materials showed delayed expression of VRN-A1 whereas in the winter genotype expression was not detected at all. Regarding photoperiod response, eight genotypes presented the allele of insensitivity at the locus Ppd-A1 and 24 genotypes possessed the allele of sensitivity. In all the genotypes except in two, the phenotypic evaluation coincided with molecular characterization of the Ppd-A1 promoter. The evaluation of frost tolerance at growth chamber based on the percentage of leaf damage, discriminated between tolerant and susceptible genotypes where two lines, one winter and one spring were prominent. Concerning the genes involved in cold response, sequences of TdDREB-A1 and TdCBF14 were obtained. In the first case, polymorphisms were identified and their combination generated six haplotypes, one of them showed to be unique for winter tolerant material. A polymorphism detected in TdCBF14 has been previously associated with cold tolerance in barley. The analysis of expression of gene COR in eight genotypes showed differences across genotypes and treatments, although the relation between molecular polymorphisms and cold tolerance requires additional experiments. The integration of the obtained information represents a contribution to the durum wheat genetic resource characterization that hopefully facilitates the choosing of the best performance genotypes at each site.

El contenido de proteína en grano y la fuerza de gluten son objetivos importantes en los programas de mejoramiento de trigo candeal (Triticum turgidum ssp. durum). Una serie de experimentos fue conducida en el sur de la provincia de Buenos Aires para determinar los días a espigazón, rendimiento, contenido de proteína en grano, peso de mil granos y fuerza de gluten en una colección de germoplasma de trigo candeal de base amplia (n=170). La colección fue genotipada con el array 35K para trigo y marcadores STS. Se determinó la estructura poblacional con un subconjunto de 1000 SNPs en bajo desequilibrio de ligamiento y se realizó el mapeo por asociación (MA) para los caracteres fenotípicos evaluados con 3745 marcadores. Fue posible encontrar asociaciones entre los cinco caracteres fenotípicos y los marcadores moleculares utilizados, confirmando regiones cromosómicas previamente informadas y en algunos casos, se encontraron QTLs novedosos. Fueron hallados cinco loci asociados a los días a espigazón en los cromosomas 2AS, 2B, 5A, 7A y 7B. Los SNPs asociados a peso de mil granos en el presente trabajo tendrían relación con QTLs/ genes encontrados por otros autores en regiones del genoma similares tanto en trigo pan como en candeal. Los marcadores hallados para contenido de proteína y rendimiento fueron considerados insuficientes al momento de buscar asociaciones genotipo-fenotipo en varios ambientes. Existe una región comprendida entre 7,46 - 36,42 cM del cromosoma 1B que sería responsable por la variabilidad en la fuerza de gluten observada en esta tesis. El MA realizado con variedades y líneas elite fue efectivo al momento de detectar varios de los QTL informados previamente en las mismas regiones cromosómicas a través del mapeo biparental. Los resultados sugieren que el MA podría ser una herramienta valiosa para identificar regiones genómicas para caracteres que se evalúan de manera rutinaria en los programas de mejoramiento de trigo. Las distintas configuraciones alélicas para los días a espigazón, peso de mil granos y fuerza de gluten serían el punto de partida para la selección asistida mediante varios marcadores moleculares. La eficiencia de selección sería similar a la selección fenotípica, con la ventaja de no requerir ensayos a campo ni análisis de calidad. Además, la información generada por esta tesis podrá ser utilizada holísticamente para la planificación de cruzamientos que aporten variabilidad en los programas de mejoramiento nacionales. / Grain protein content and gluten strength are major targets in wheat breeding programs (Triticum turgidum ssp. durum). A series of experiments was conducted in the south of Buenos Aires province to determine days to heading, yield, grain protein content, thousand kernel weight and gluten strength in a world-wide durum wheat germplasm collection (n=170). This collection was genotyped with the 35K array for wheat and STS markers. The population structure was determined using a subset of 1000 SNPs with low linkage disequilibrium and association mapping (AM) was performed for all the phenotypic characters using 3745 markers. It was possible to find associations between the five phenotypic characters and the molecular markers used, confirming previously reported chromosomal regions and in some cases, novel QTLs were found. Five loci associated with days to heading on chromosomes 2AS, 2B, 5A, 7A and 7B were found. The SNPs associated with thousand kernel weight found in this work would be related to other QTLs / genes previously reported in similar genome regions in bread and durum wheat. Markers found for grain protein content and yield were considered unsatisfactory when looking for genotype-phenotype associations in several environments. There is a region between 7.46 - 36.42 cM of chromosome 1B that would be responsible for the variability in gluten strength observed in this thesis. AM performed with varieties and elite lines was effective at the time of detecting several of the QTLs previously reported in the same chromosomal regions through biparental mapping. The results suggest that AM could be a suitable tool for identifying genomic regions for characters that are routinely measured in wheat breeding programs. The different allelic configurations for days to heading, thousand kernel weight and gluten strength would be the starting point for the assisted selection by several molecular markers in breeding programs. Selection efficiency would be similar to phenotypic selection, with the advantage of avoiding field trials or quality analysis. In addition, the information generated by this thesis could be used for planning crosses that contribute variability to national breeding programs.

Memoria para optar al título profesional de Ingeniero Agrónomo / Las estrategias de manejo del nitrógeno pueden tener un impacto importante en el rendimiento y proteína en grano, como también sobre el medio ambiente, estrategias que pueden ser definidas mediante el uso del SPAD. Este estudio asoció el rendimiento y el contenido de proteína en grano con mediciones SPAD y color de hoja en estado de primer nudo y embuche en trigo candeal. El trabajo se realizó en la Estación Experimental Antumapu de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile, durante la temporada 2010/2011. Se realizaron dos ensayos con las variedades de trigo candeal Llareta INIA y Corcolén INIA, en condiciones de riego, ambas variedades sometidas a tratamientos de dosis de N (0, 60, 120, 180 y 240 kg N ha-1) y parcialización en la siembra, primer nudo y embuche. El diseño experimental de cada ensayo fue en bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Los resultados mostraron que la dosis 180 kg N ha-1, parcializado 60 y 120 kg N ha-1 en siembra y primer nudo respectivamente, fue la que logró el mayor rendimiento, con 8.411 kg ha-1. Con respecto al porcentaje de proteína en grano, existieron diferencias (p≤0,01) entre tratamientos, siendo la dosis 240 kg N ha-1, parcializada 80-120-40 kg N ha-1 a siembra, primer nudo y embuche respectivamente, la que tuvo el valor más alto, con 12,6%. Los valores SPAD medidos a primer nudo y embuche se relacionaron positivamente con rendimiento (p≤0,001; R2=0,92 y p≤0,05; R2=0,68, respectivamente) y porcentaje de proteína en grano (p≤0,05; R2=0,53 en primer nudo y p≤0,001 y R2= 0,89 en embuche). Al analizar el color, los resultados del análisis de correspondencia múltiple mostraron una asociación entre rendimiento alto y muy alto con valor oscuro medido en embuche y primer nudo, como también el croma de saturación baja medido en los mismos estados de desarrollo. El alto contenido de proteína se asoció a croma de saturación baja medido en embuche. Con respecto a la eficiencia del uso del nitrógeno (EUN), eficiencia fisiológica y eficiencia de absorción, el valor más alto se logró en el tratamiento con una aplicación de 60 kg N ha-1, alcanzando 50,1 kg en grano kg-1 de N en EUN, 63,3 kg en grano kg-1 de N en eficiencia fisiológica y 93,1% en eficiencia de absorción. Por lo tanto, el SPAD es una herramienta útil para predecir rendimiento y contenido de proteína en grano medido en primer nudo y embuche en trigo candeal. / Nitrogen management strategies can have a significant impact on grain yield, and protein as well as on the environment, and they can be defined through the use of SPAD readings. This study related grain yield and protein of durum wheat at the first node and boot stages with SPAD readings and leaf color. The field experiment was carried out at the Antumapu Experiment Station of the College of Agricultural Sciences, University of Chile, during the 2010-2011 season. Two experiments were done with two cultivars of durum wheat (Llareta INIA and Corlen INIA) under irrigation conditions and both receiving nitrogen rates of 0, 60, 120, 180 and 240 kg N ha-1 in split applications at sowing, first node and boot stages. The experimental design consisted of four randomized blocks with four replications. The results showed that the 180 kg N ha-1 rate distributed in 60 and 120 kg N ha-1 at sowing time and first node, respectively, had the highest yield, with 8.411 kg ha-1. On the other hand, the protein percentage in the grain showed differences between treatments (p≤0,001), with the 240 kg N ha-1 split rate (distributed in 80-120-40 kg N ha-1 at sowing, first node and boot, respectively) obtaining the highest value with a 12,6% of protein in the grain. The SPAD values measured at the first node and boot stages were positively related to yield (p≤0,001; R2=0,92 and p≤0,05; R2=0,68, respectively). Grain protein percentage was also related to SPAD values (with p≤0,05 and R2=0,53 at the first node and p≤0,001 and R2=0,89 at boot stage). When analyzing leaf color with a Munsell Plant Tissue Color Chart, the results from the multiple correspondence analysis showed a relationship between high and very high yield and the dark value measured at the first node and boot stages as well as low chroma measured at the same development stages. The high protein content was found to be associated to a chroma of low saturation measured at boot stage. With respect to the nitrogen use efficiency (NUE), physiological efficiency and absorption efficiency, the highest value was achieved by treatment 2 (60 kg N ha-1) which reached 50,1 grain kg kg-1 N in NUE, 63,3 grain kg kg-1 N in physiological efficiency and 93,1% in absorption efficiency. Therefore, SPAD reading is a useful tool to predict grain yield and protein content in durum wheat when measured at first node and boot stages.

El mapeo por asociación (MA), fundamentado en el desequilibrio de ligamiento (DL), es una estrategia complementaria al mapeo de loci cuantitativo (QTL) tradicional, que constituye una herramienta poderosa para la identificación de loci asociados a caracteres de interés. El objetivo de este trabajo de tesis fue realizar un análisis tendiente a implementar la estrategia de mapeo por asociación en trigo candeal de manera de complementar los estudios realizados por mapeo biparental, identificando marcadores asociados a caracteres de color, peso hectolitrito (PH) y peso de mil granos (PMG). Para ello se estudió la diversidad nucleotídica y la estructura poblacional a partir de marcadores de polimorfismos de longitud de fragmentos amplificados (AFLPs) y se consideraron los caracteres de calidad y rendimiento mencionados en una población de trigo candeal constituída por 133 genotipos de distinta procedencia. Para el carácter color del endosperma se determinó el contenido de pigmentos carotenoides (CPC) y color amarillo (CIE 1976 b*), color rojo (CIE a*) y luminosidad (CIE L*) de la sémola; se registró también el peso de mil granos (PMG), el peso hectolitrico (PH) y el rendimiento de las parcelas (Kg/Ha) durante la campaña 2011/2012 en tres localidades de la Pcía de Buenos Aires, Pieres, Cabildo y Barrow. Se analizó el potencial del MA para identificar QTLs utilizando la estrategia de exploración amplia del genoma (GWAS). El color amarillo cuantificado por la extracción de los pigmentos con butanol saturado en agua y la medición de la reflectancia de la luz CIE 1976 b* se evaluaron en una colección de 133 variedades de diferentes orígenes geográficos y fueron genotipadas con seis combinaciones de AFLPs que produjeron 116 bandas polimórficas y determinaron que el germoplasma estudiado presenta un 35.8 % de variabilidad genética. La estructura de la población se evaluó mediante la distancia genética y el enfoque basado en el modelo Bayesiano, identificando seis subpoblaciones consistentes con el origen de las variedades y el pedigrí. El análisis de asociación identificó asociaciones significativas entre los marcadores y los caracteres evaluados, los marcadores que explicaron mayores porcentajes de la variación en un carácter fueron, P41M39_715 para el peso de los granos, P41M39_747 para el CIE a*, P41M43_390 para el rendimiento, P41M31_767 para el contenido de pigmentos carotenoides y el color amarillo CIE b* y el marcador P41M43_367 para CIE b*. Los resultados de este estudio indican que el MA se puede utilizar para complementar las técnicas tradicionales de cartografía de QTL (mapeo biparental), e identificar nuevos QTL para estudios posteriores. Teniendo en cuenta los modelos lineales mixtos y los lineales generalizados, se seleccionaron genotipos superiores utilizando los métodos REML/BLUP y correlaciones de Pearson, entre los caracteres, encontrándose que para los caracteres de calidad relacionados con el color del grano como el (CPC) y (CIE b*) evaluados en 133 genotipos indicaron que los materiales de trigo candeal Amarillo, CBW 05082, Buck Topacio , Durobonus , Vivadur , Joyau, Exeldur , CBW 0105 , CBW 0225 , VF 0163 y Argeles fueron las variedades que se demostraron estabilidad como genotipos superiores para las localidades de Pieres, Cabildo y Barrow. En relación a los caracteres de PMG y PH las variedades que se comportaron de manera estable en los tres ambientes fueron ACA 1801F, Candeal Durumbuck, Buck Esmeralda, Taganrog Sel. BUCK, Portorico, Catervo, Buck Cristal, CBW 0156, CBW 0230, CBW 0225, Tiziannia, Garic , Buck Granate (B#26) y CBW 0153. Por consiguiente, se considera que estas variedades son genotipos superiores y estas observaciones demuestran la posibilidad de encontrar dentro de estos materiales alelos favorables para estos caracteres. Dado que la enzima Zds participa en dos pasos críticos de la ruta biosintética de los carotenoides, y también se ha asociado con QTLs en el grupo 2 de cromosomas de trigo pan se planteó como objetivo caracterizar el gen Zds de trigo candeal y encontrar variantes alélicas y determinar si estas podrían explicar la variación fenotípica observada en la concentración de pigmentos amarillos entre las distintas variedades que constituyen la población. Este trabajo de tesis permitió determinar que el gen Zds presenta dos copias en el genoma A de candeal, que fueron designadas como TtZds-A1.a y TtZds-A1.2. Las dos copias del gen del genoma A, TtZds-A1.1a y TtZds-A1.2 comparten una identidad del 98% para la región analizada, lo cual sugiere una relativa reciente duplicación. TtZds-A1.a tiene una variante alélica, denominada TtZds-A1.b, la cual se encontró asociada a variedades con elevados valores de CPC y CIEb*. La variante alélica TtZds-A1.1b, identificada en las variedades BonINTACarilo, VF 0113, Amarillo, Gabbiano, Joyau, Karur, Neodur, Garic y Exeldur se encuentra alta y significativamente relacionada con la variación del CPC y CIE b*. Se considera que las variedades que porten el alelo TtZds- A1.1b relacionado con mayor color, tienen mayor contenido de pigmentos carotenoides, lo cual permitió desarrollar un marcador específico para este alelo, que constituirá una buena herramienta para seleccionar variedades de alto color amarillo en trigo candeal. Este trabajo de tesis constituye el primer antecedente de aplicación de mapeo por asociación en trigo candeal en la Argentina. / Association mapping (MA), based on linkage disequilibrium, is a complementary strategy to the traditional quantitative trait loci (QTL) mapping, which is a powerful tool for identify gene loci associated with traits of interest. The aim of this thesis was to implement the strategy of MA in durum wheat in order to complement the studies carried out at CERZOS by biparental mapping, identifying markers associated with traits related with quality and yield in durum wheat, like color, test weight (TW) and thousand grain weight (TGW). For this purpose the nucleotide diversity and the population Structure were studied by using amplified length fragment polymorphisms (AFLPs) and the quality and yield traits were measured in a durum wheat panel composed of 133 genotypes of different geographic origin. For the trait endosperm color the content of carotenoid pigments (CPC), yellow color (CIE 1976 b *), red color (CIE a *) and luminosity (CIE L *) of the semolina were determined; TWG, TW and the yield of the plots (kg / ha) were taken during the period 2011/2012 in three locations of the Buenos Aires province, Pieres, Cabildo and Barrow. The potential of MA to identify QTLs was analysed by using the genome-wide association strategy (GWAS). The yellow color determined by the extraction of pigments with saturated butanol in water and the measurement of light reflectance CIEb* were evaluated in the association panel that was genotyped with six combinations of AFLPs. These six AFLPs primer combinations produced 116 polymorphic bands showing a genetic variability of 35.8% in the studied germplasm. The population Structure was assessed by using the genetic distance and the Bayesian model based approaches, identifying six sub-populations and showing consistency with varieties origin and pedigree. Association analysis identified significant associations between the markers and the evaluated traits. The AFLP markers that explained the highest percentages of variation by trait were P41M39_715 for grain weight, P41M39_747 for CIEa*, P41M43_390 for yield, P41M31_767 for carotenoid pigment content and CIEb* yellow and P41M43_367 for CIEb*. Although these markers are anonimous and should be mapped to establish the position in the durum wheat genome, the results are promising, indicating that AM can be used to complement traditional QTL mapping techniques and identify novel QTL for further studies. Considering the mixed linear and generalized linear models, superior genotypes were selected using the REML / BLUP methods and Pearson's correlations considering the studied traits. Related with color the superior genotypes for the three locations were Amarillo, CBW 05082, Buck Topacio, Durobonus, Vivadur, Joyau), Exeldur , CBW 0105, CBW 0225, VF 0163 and Argeles. Taken into account TWG and TW the varieties that behaved in a stable way in the three environments were ACA 1801F, Candeal Durumbuck, Buck Emerald, Taganrog Sel. BUCK, Portorico, Catervo, Buck Cristal, CBW 0156, CBW 0230, CBW 0225, Tiziannia, Garic, Buck Garnet (B # 26) and CBW 0153. These varieties are therefore considered to be superior genotypes and these observations demonstrate the possibility of finding within these materials favorable alleles for these traits. Inasmuch as Zds enzyme participates in two critical steps of the biosynthetic pathway of carotenoids, and has also been associated with QTLs in the chromosomal group 2 of bread wheat, our aim was to characterize the durum wheat Zds gene and to find allelic variants and to determine if these variants could explain the observed phenotypic variation in the concentration of yellow pigments among the different varieties included in the association panel. This thesis work allowed to determine that the Zds gene presents two copies in the durum wheat genome A, which were designated as TtZds-A1.a and TtZds-A1.2. The two copies of the genome A, Ttds- A1.1a and TtZds-A1.2 share 98% identity for the region analyzed, suggesting a relatively recent duplication event. Ttds-A1.a has another allelic variant, called TtZds-A1.b, which was found associated to varieties with high values of CPC and CIEb *. The allelic variant TtZds-A1.1b, identified in the varieties BonINTACarilo, VF 0113, Amarillo, Gabbiano, Joyau, Karur, Neodur, Garic and Exeldur is highly and significantly related to the variation of CPC and CIEb*. It is considered that varieties bearing the TtZds-A1.1b allele associated with higher color have a higher content of carotenoid pigments, allowing the development of a specific marker to amplify this allele that will be a good tool to high yellow varieties selection in durum wheat. This thesis work constitutes the first antecedent of application of mapping by association in durum wheat in Argentina.

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