Orientadores: Luciana Lasry Benchimol Reis, Luis Eduardo Aranha Camargo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-23T04:26:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oblessuc_PaulaRodrigues_D.pdf: 15432495 bytes, checksum: 30c1cd638125be03e494a50fae4fe12b (MD5) Previous issue date: 2013 / 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 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 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 / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutora em Genética e Biologia Molecular

Orientadores: Anete Pereira de Souza, Marcelo Mollinari / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-27T05:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_EstelaAraujo_D.pdf: 11739408 bytes, checksum: 278f864d2e779d0170b184a660242954 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A grande importância da cana-de-açúcar e seus derivados tem resultado em grande investimento financeiro e científico. Esse fato se deve, principalmente, à complexidade do genoma da cana e às dificuldades encontradas na obtenção de novas cultivares mais produtivas, através dos métodos tradicionais de seleção. A construção de mapas genéticos de ligação permite associar locos mapeados com características de interesse econômico, podendo acelerar o processo de melhoramento da espécie. Logo, a utilização dos marcadores em estudos de mapeamento genético e de QTL¿s (Quantitative Trait Loci) tem proporcionado um importante progresso no conhecimento da estrutura genética e genômica da cana-de-açúcar. Utilizando uma população segregante derivada do cruzamento entre as variedades comerciais IACSP95-3018 e IACSP93-3046, contendo 187 indivíduos F1, esta tese teve como objetivo realizar o mapeamento genético funcional e o mapeamento de QTLs de características de importância econômica. Para tanto, as características avaliadas foram diâmetro, peso, altura, porcentagem de fibra, conteúdo de sacarose (Pol) e conteúdo de sólido solúvel (Brix), em dois locais, por três anos (2012, 2013 e 2014) que se juntaram a dois outros anos, previamente coletados. O mapa se originou de 421 marcas (SSRs, AFLP e SNPs em dose única) ligadas, e resultou em 118 grupos de ligação e 16 grupos de homologia, com cobertura de 4512,6 cM. Utilizando mapeamento por intervalo composto (CIM), os QTLs foram mapeados, gerando um total de 25 QTLs, sendo seis QTLs para diâmetro, cinco para peso, quatro para altura, cinco para fibra, dois para Pol e três para Brix. A proporção da variação fenotípica explicada por QTL variou de 0,069% a 3,87%. Em paralelo, realizou-se o desenvolvimento de marcadores SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) em genes envolvidos em duas vias metabólicas de extrema importância para a cana-de-açúcar, a via de Fotossintética C4 e a via de Metabolismo de Sacarose. No total, 130 locos SNPs foram desenvolvidos, analisados e caracterizados pelo programa SuperMASSA. Estimando a ploidia e a dosagem alélica de cada loco SNP, um alto número de locos SNPs com ploidias elevadas foi detectada, resultando na identificação de aproximadamente 80% dos locos estudados com evidências de, ao menos, duplicação no genoma de parentes próximos a cana-de-açúcar (sorgo, milho ou arroz). Os resultados desta tese podem auxiliar programas de melhoramento da espécie pela identificação de marcadores SNPs em genes relacionados a características de interesse econômico e o mapeamento de QTLs para também características de mesmo interesse / Abstract: The importance of sugarcane crop has resulting in a high financial and cientific support. Because, mainly, the genetic complexity of sugarcane genome and the difficult to create new varieties, using traditional breeding methods.The genetic linkage map allow find molecular markers associated with important economic traits, helping to accelerate the breeding process. In this way, molecular markers associated with genetic mapping and QTLs (Quantitative Trait Loci) mapping are important tools to improve the knowledge about the genetic and genomic organization of sugarcane genome. The segregating population of sugarcane consisted of 187 F1 individuals derived from a cross between IACSP95-3018 and IACSP93-3046, this thesis aimed perform a functional genetic mapping and QTLs mapping of economic importance. Thus, yield components evaluated were stalk diameter (SD), stalk weight (SW), stalk height (SH), stalk number (SN), fiber percentage (Fiber), sucrose content (Pol), and soluble solid content (Brix) in two places for three harvest years (2012, 2013 and 2014), adding with two previously collected. The genetic linkage map had a total of 421 markers (SSRs, AFLP and SNPs in single dose) linked, resulting in 118 linkage groups and 16 putative homology groups, with a total length of 4512,6 cM. Using Composite Interval Mapping (CIM), a total of 25 QTL were detected for SD (six QTLs), SW (five QTLs), SH (four QTLs), Fiber (five QTLs), Pol (two QTLs) and Brix (three QTLs). The proportion of phenotypic variation explained by each QTL ranged from 0.069% to 3.87%. Adding this thesis, the development of SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) markers was performed, using genes involved in two important metabolic pathways for sugarcane, the C4 Photosynthesis and the Sucrose Metabolism, in total 130 locus SNPs were developed, analyzed and characterized using SuperMASSA software. Ploidy level and allelic dosage were estimated in each SNP loco and a high number of high ploidy level was detected, this result induced to search for evidence for gene duplication on the sugarcane genome, resulting in 80% of studied loci showing duplication regions in at least one relative genome from sugarcane (sorghum, maize or rice). Our results can help sugarcane breeding programs, by SNPs markers identification in genes of economic interesting traits and the QTL mapping for also interesting economic traits / Doutorado / Genetica Vegetal e Melhoramento / Doutora em Genética e Biologia Molecular

No description available.

No description available.

The fundamental theme my thesis explores is the relationship between genetic variation and phenotypic variation. It addresses three main questions. What is the genetic architecture of traits in the HS? How can sequence information help identifying the sequence variants and genes responsible for phenotypic variation? Are the genetic factors contributing to phenotypic variation in the rat homologous to those contributing to variation in the same phenotype in the mouse? To address these questions, I analysed data collected by the EURATRANS consortium on 1,407 Heterogeneous Stock (HS) rats descended from eight inbred strains through sixty generations of outbreeding. The HS rats were genotyped at 803,485 SNPs and 160 measures relevant to a number of models of disease (e.g. anxiety, type 2 diabetes, multiple sclerosis) were collected. The eight founders of the Stock were genotyped and sequenced. I identified loci in the genome that contribute to phenotypic variation (Quantitative Trait Loci, QTLs), and integrated sequence information with the mapping results to identify the genetic variants underlying the QTLs. I made some important observations about the nature of genetic architecture in rats, and how this compares to mice and humans. I also showed how sequence information can be used to improve mapping resolution, and in some cases to identify causal variants. However, I report an unexpected observation: at the majority of QTLs, the genetic effect cannot be accounted for by a single variant. This finding suggests that genetic variation cannot be reduced to sequence variation. This complexity will need to be taken into account by studies that aim at unravelling the genetic basis of complex traits.

La maladie de la Sharka est due à un virus de quarantaine, le Plum Pox Virus (PPV), infectant les arbres fruitiers du genre Prunus. Il est nécessaire de trouver des moyens de lutte, telle que la sélection de plantes résistantes. Or chez ces espèces, les sources de résistance sont à l’heure actuelle en nombre limité, voire inexistantes. Il a été montré, au laboratoire, que ce virus est capable d’infecter Arabidopsis thaliana et qu’il existe chez cette espèce une grande diversité de réponse à l’infection. En effet nous avons pu observer que les accessions St-0 et JEA avais un comportement résistant, alors que l'accession Cvi-1 été partiellement résistante. Deux méthodes d’inoculation ont été comparées: une inoculation mécanique à partir de feuilles de Nicotiana benthamiana inoculées avec pICPPVnkGFP et une inoculation par agro-infection à partir d’une souche Agrobacterium tumesfasciens contenant l’isolat viral pBINPPVnkGFP. L'emploi de ces deux méthodes d'inoculation nous a permis de mettre en évidence une variabilité de la réponse au PPV en fonction de la méthode utilisée. En conséquence, cette étude visait donc à identifier le ou les facteur(s) de la plante hôte impliqué(s) dans l'infection virale. L'agro-infection de populations recombinantes (F2 et RIL), de lignées multi-parentales ainsi que l'emploi de la génétique d'association a mis en évidence chez St-0 ainsi que dans plusieurs accession distinct (sept) un locus majeur sur le groupe de liaison 3, appelé sha3. Il apparait indispensable dans le mouvement longue distance du PPV. De plus l'utilisation de la génétique d'association a permis d'initier la cartographie fine de sha3 et de réduire considérablement le nombre de gènes candidats. Un criblage de mutants a été initié afin de déterminer le ou les gènes candidats contrôlant le phénotype Sha3. Après inoculation mécanique, l’analyse d'une population recombinante a mis en évidence la présence d’un locus majeur, distinct de sha3 et positionné au milieu du bras long du groupe de liaison 1. Ce locus co-localise avec rpv1, locus identifié précédemment dans la descendance Cvi x Ler (Sicard, Loudet et al. 2008). Ce même locus a été également confirmé à la fois dans une population multi-parentale et par une approche de génétique d'association. Un gène candidat est actuellement en cours de validation au laboratoire. Une étude visant à décomposer le mécanisme de résistance porté par l’accession JEA a été mise en place. Dans ce cas, il apparait que la propagation du virus est inhibée dans les feuilles de la rosette mais pas dans les tissus floraux. Ainsi, la résistance/sensibilité au PPV chez JEA est fortement conditionnée par les stades physiologiques de la plante hôte. Des travaux complémentaires seront indispensables afin de décrire plus finement ce mécanisme de résistance très particulier. Au terme de cette thèse, nous nous attendons à ce que l’identification de ces nouveaux gènes de résistance chez Arabidopsis permette, après transfert, d’accroître la diversité des sources de résistance à la Sharka chez les arbres fruitiers. / The Plum Pox Virus (PPV) infects Prunus species (stone fruit) and is the causal agent of the Sharka disease. This disease is vastly devastating for fruit and plant productivity and quality. Its cost reaches 10 billions of euros over the last 30 years. Breeding programs have been carried out with the aim to implement resistant cultivars but the number of sources of resistance in Prunus species is rather limited. It has been shown in the laboratory that this virus is able to infect Arabidopsis thaliana with a wide range of response to infection. Indeed, we observed that accessions St-0 and JEA had a resistant behavior, while accession Cvi-1 was partially resistant. Two inoculation methods were compared: mechanical inoculation from Nicotiana benthamiana leaves inoculated with pICPPVnkGFP and agro-inoculation infection from an Agrobacterium strain containing the viral isolate tumesfasciens pBINPPVnkGFP. The use of these two methods of inoculation allows us to highlight variability in the response to PPV depending on the method used. This study aims to identify the factor (s) of the host (s) involved in viral infection. Agro-infection of recombinant populations (F2 and RIL), multi-parental lines and the use of genetic association demonstrate in St-0 and several distinct accessions (seven) a major locus on linkage group 3, called sha3. It appears essential in the long-distance movement of PPV. Use of association genetics helped initiate the fine mapping of sha3 and significantly reduce the number of candidate genes. Screening of mutants was initiated to determine the gene controlling the phenotype Sha3. After mechanical inoculation, the analysis of a recombinant population revealed the presence of a major locus positioned in the middle of the long arm of linkage group 1. This locus co-localizes with rpv1, previously identified in Cvi x Ler offspring (Sicard, Loudet et al. 2008). The same locus was also confirmed with a multi-parental population and by a genetic association approach. A candidate gene is currently being validated in the laboratory. The study of the resistance mechanism carried by the accession JEA was initiated. In this case, it appears that the spread of the virus is inhibited in basal leaves but not in floral stem. The resistance / susceptibility to PPV in JEA appear to be strongly influenced by the physiological stages of the host plant. Further work will be necessary to describe more precisely this resistance mechanism very special. At the end of this thesis, we expect that the identification of these new resistance genes in Arabidopsis allows, after transfer, to increase the diversity of sources of resistance to plum pox virus in fruit trees.

Soja (Glycine max (L.) Merrill) é uma das mais importantes oleaginosas no mundo e sua relevância pode ser também mensurada pela extensão da sua produção no Brasil, onde representa quase a metade do total da área plantada com grãos. A importância da soja está também associada à multiplicidade de utilização do grão, como por exemplo, na alimentação humana e animal, na indústria química e na geração de energia como biodiesel. A produtividade da soja tem sido frequentemente impactada devido ao ataque de pragas e doenças. Dentre as espécies de fitonematoides, o nematoide-das-lesões-radiculares (Pratylenchus brachyurus Godfrey), tem gerado significativas perdas econômicas aos produtores, variando entre 30 a 50%, dependendo da infestação da cultura. Este trabalho teve como objetivo identificar QTLs (Quantitative Trait Loci), a partir de um conjunto de fenótipos associados à resistência ao nematoide-das-lesões-radiculares utilizando a abordagem de mapeamento multivariado. Uma população de 174 indivíduos F2, obtidos a partir do cruzamento entre duas linhagens de soja FTPG06A e FTPG12X (com baixo fator de reprodução do nematoide), foi utilizada para a obtenção dos valores genéticos preditos (BLUPs - Best Linear Unbiased Predictions) de cinco características estudadas e também para a genotipagem com o SoySNP6k Bead Chip. As características avaliadas foram: fator de reprodução (FR), peso fresco (PA) e comprimento (CA) da parte aérea, peso fresco (PR) e comprimento (CR) da raiz. Um total de 1.240 marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) foram mapeados nos 20 grupos de ligação (GLs) da soja. O comprimento total do mapa foi de 3.084,46 centiMorgans (cM), com intervalo médio de 2,54 cM entre marcadores adjacentes. A identificação de QTLs (Quantitative Trait Loci) para os caracteres fenotípicos foi realizada utilizando-se o mapeamento de intervalos múltiplos univariado (MIM) e multivariado (MT-MIM), com estimativa dos efeitos principais dos QTLs e análises de epistasia envolvendo pares de QTLs. Na abordagem MIM foram identificados três QTLs associados à variável CR, nos GLs (Grupos de Ligação) A2 e E (2 QTLs), explicando um total de 34,22% da variação fenotípica dessa variável para a população em estudo. Na abordagem MT-MIM, foram selecionados dois conjuntos de variáveis, de acordo com a correlação entre as mesmas. Três regiões genômicas foram reveladas, sendo estatisticamente significativas para as variáveis CR, FR e CA. A comparação dos seis QTLs identificados no presente estudo com o banco de dados de QTLs do Soybase forneceu evidências de que cinco QTLs, ainda não foram descritos na literatura. Uma busca por sequências candidatas em duas regiões de interesse, associadas à variável FR, foi realizada, com base na plataforma de dados genômicos PlantGDB. Várias sequências candidatas indicam relação com mecanismos importantes na resposta das plantas a estresses bióticos. Dessa forma, os resultados obtidos no presente estudo forneceram informações para auxiliar na melhor compreensão da arquitetura genética dos caracteres quantitativos analisados. / Soybean (Glycine max (L.) Merrill) is one of the most important oil crop worldwide and its relevance can also be measured by the extension of soybean grain production in Brazil, where it represents almost half of the total planting area with grains crops. Importance of soybean is also related to a multiplicity of usage of the grain, for example, in human consumption, animal feed, chemical industry and for energy generation as biofuel. Soybean yield has been frequently reduced by occurrence of pest and diseases. Among phytonematodes species, root lesion nematode (Pratylenchus brachyurus Godfrey) has caused significant economic losses to farmers, ranging from 30 to 50%, depending on crop infestation. This research aimed to identify QTLs (Quantitative Trait Loci), from a set of phenotypes associated with resistance to root lesion nematode, using the multivariate multiple interval mapping. A mapping population of 174 F2 plants derived from a by-parental cross between two soybean breeding lines FTPG06A and FTPG12X (with low nematode reproduction factor), was used for prediction of genetic values (BLUPs - Best Linear Unbiased Predictions) for five traits studied and also for genotyping with SoySNP6k Bead Chip. Traits evaluated were reproduction factor (FR), shoot weight (PA), shoot length (CA), root weight (PR) and root length (CR). A total of 1,240 SNP (Single Nucleotide Polymorphism) markers were mapped into 20 soybean linkage groups (LG). A total map length was 3,084.46 centiMorgans (cM) with an average of 2.54 cM between flanking markers. QTL mapping for those traits was performed using univariate (MIM) and multivariate (MT-MIM) multiple-interval mapping, with main QTL effects estimates and epistasis analysis between QTL pairs. MIM analysis identified three QTLs associated to CR trait at LG A2 and LG E (2 QTL), explaining 34,22% of phenotypic variation estimated for this mapping population. For MT-MIM analysis, two sets of traits were selected, according to the correlation among them. Three genomic regions statistically significant for CR, FR and CA traits were identified. Comparison between six identified QTL and QTL database at Soybase provided evidence that five QTL have not been published yet. Search for candidate sequences located in two regions associated with FR trait were further performed on the PlantGDB genomic data platform. Several candidate sequences indicate relationships with important plant response mechanisms to biotic stresses. Thus, results obtained in the present study provided information to improve knowledge of the genetic architecture of the analyzed quantitative traits.

A soja é a cultura agrícola brasileira que mais se expandiu nas últimas três décadas. Atualmente é uma commodity comercializada em larga escala na forma de grão, farelo e óleo. Por ser uma importante fonte de proteína, possui papel fundamental na indústria alimentícia, tanto humana quanto animal. O monocultivo em extensas áreas tem ocasionado o aumento da vulnerabilidade da cultura a patógenos e insetos-praga, com consequências relevantes na produção dos grãos. Dentre tais insetos-praga, os percevejos fitófagos representam um dos grupos de maior relevância para a cultura, pois podem comprometer o rendimento, a qualidade e a sanidade dos grãos. As perdas no rendimento da cultura devido ao ataque por percevejos são superiores a 30%, e o comprometimento no valor germinativo das sementes pode ser superior a 50%. Este trabalho teve como objetivo identificar QTLs (Quantitative Trait Loci), a partir de um conjunto de fenótipos associados à resistência aos percevejos e a caracteres agronômicos, utilizando a abordagem de mapeamento multivariado. Uma população de 228 indivíduos F2, obtida a partir do cruzamento entre as cultivares IAC-100 e CD-215, foi utilizada para a obtenção dos dados genotípicos. Os caracteres agronômicos avaliados na geração F2:3 foram: número de dias para o florescimento (NDF), altura da planta no florescimento (APF), número de dias para a maturidade (NDM), altura da planta na maturidade (APM), acamamento (AC), valor agronômico (VA) e produtividade de grãos (PG). Oito caracteres associados à resistência aos percevejos foram avaliados: período de granação (PEG), retenção foliar (RF), número de vagens por planta (NVP), índice percentual de dano nas vagens (IPDV), número de sementes (NS), peso de cem sementes (PCS), peso de sementes boas (PSB) e peso de sementes manchadas (PSM). O mapa genético obtido, representando os 20 grupos de ligação (GLs) da soja, foi constituído por 417 marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism), 61 SSR (Simple Sequence Repeat), 30 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) e 8 marcadores TRAP (Target Region Amplification Polymorphism). A cobertura do genoma da soja foi de 2.814,82 centiMorgans (cM), com um intervalo médio de 5,46 cM entre marcadores adjacentes. A identificação de QTLs (Quantitative Trait Loci) para os caracteres fenotípicos foi realizada utilizando-se o mapeamento de intervalos múltiplos univariado (MIM) e multivariado (MT-MIM), com estimativa dos efeitos principais dos QTLs. A abordagem MIM revelou um total de 60 QTLs, distribuídos por 13 GLs da soja, sendo 29 QTLs associados a caracteres de resistência aos percevejos e 31 QTLs relacionados a caracteres agronômicos. A percentagem da variação fenotípica explicada pelos QTLs (R2) variou de 14,27% para AC a 65,45% para NDM. Na abordagem MT-MIM, foram selecionados nove conjuntos de variáveis, de acordo com a correlação entre as mesmas. Foram reveladas 20 regiões genômicas distintas, com uma alta tendência de concentração de QTLs em posições similares. No geral, para a maioria das características, os valores marginais de R2 obtidos para os modelos MT-MIM foram superiores em relação aos modelos MIM, variando de 27,98% para APF a 65,30% para NDM. A abordagem MT-MIM permitiu a identificação de 13 novas posições genômicas, com efeito em pelo menos uma das variáveis analisadas, que não foram reveladas nos modelos MIM. Uma comparação com o banco de dados do Soybase forneceu evidências de que muitos QTLs, identificados nesta população em estudo, coincidem com QTLs descritos em outros backgrounds genéticos. No entanto, 56 QTLs identificados no presente estudo ainda não foram descritos na literatura. A maioria dos QTLs identificados explicam, individualmente, até 10% da variação fenotípica das características avaliadas. No entanto, QTLs presentes em oito novas regiões identificadas pela abordagem MT-MIM e oito novos QTLs identificados pela abordagem MIM contribuíram para explicar uma maior percentagem da variação dos fenótipos estudados. Esses QTLs devem ser melhor investigados considerando sua relevância para a seleção simultânea de características de interesse, permitindo uma maior eficiência de seleção e um maior ganho genético. Os resultados obtidos no presente estudo forneceram informações para auxiliar na melhor compreensão da arquitetura genética dos caracteres quantitativos analisados, bem como sobre a relação genética entre os mesmos. / Soybean is the Brazilian crop with the most expansion along the past three decades. Currently, it is a commodity commercialized in large scale as grain, bran and oil. Because it is an important source of protein, it plays a fundamental role in the food industry, both human and animal. Soybean monoculture in large areas has increased crop vulnerability to pathogens and insect pests, with significant consequences on grain production. Among such pest insects, stink bugs are considered a major pest of soybean crop, feeding directly on seeds, reducing yield and seed quality. Losses in crop yield due to stink bugs attack are greater than 30% and seed germination compromising can be greater than 50%. This study aimed to identify QTL (Quantitative Trait Loci), for stink bug resistance traits and agronomic traits using the multivariate multiple interval mapping. An F2 mapping population of 228 plants derived from a biparental cross between IAC-100 and CD-215 was used for genotyping. An F2:3 population was developed to evaluate eight stink bug resistant traits such as graining period, leaf retention, pod number per plant, percentage of pod damage, number of seeds, hundred seed weight, weight of healthy seeds and spotted seed weight. Other seven agronomic traits were evaluated such as number of days to flowering, plant height at flowering, number of days to maturity, plant height at maturity, lodging, agronomic value and grain yield. A total of 417 SNP (Single Nucleotide Polymorphism) markers, 61 SSR (Simple Sequence Repeat), 30 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) and 8 TRAP (Target Region Amplification Polymorphism) markers were mapped into 20 soybean linkage groups. The total map length was 2,814.82 cM with an average of 5.46 cM between markers. QTL mapping for those traits was performed using univariate (MIM) and multivariate (MT-MIM) multiple interval mapping, with main QTL effects estimates. MIM analysis identified a total of 60 QTL, through 13 soybean linkage groups, with 29 QTL related to stink bug resistant traits and 31 QTL related to agronomic traits. Phenotypic variation explained by QTL ranged from 14.27% for lodging to 65.45% for number of days to maturity. The traits were divided into nine groups for MT-MIM analysis considering their correlation coefficient. Twenty different genomic regions were identified showing a very high QTL clustering. For most of the traits phenotypic variation estimates for MT-MIM models were higher than MIM models, ranging from 27.98% to 65.30% for plant height at flowering and number of days to maturity, respectively. MT-MIM analysis showed 13 genomic regions controlling at least one of the evaluated traits which were not identified at MIM analysis. Comparison between identified QTL and QTL database at Soybase demonstrated that some QTL were similar to those described in different genetic background. However, 56 QTL detected in the present study were described for the first time in literature. Most of the QTL identified explain, individually, less than 10% of phenotypic variation. However, eight genomic regions identified with MT-MIM analysis and eight QTL identified with MIM analysis explain a great amount of phenotypic variation. These QTL should be investigated considering their importance for simultaneous selection for a high genetic gain. Results obtained in the present study provided information for a better understand of genetics architecture underlying quantitative traits studied and the genetic relation among them.

Understanding complex traits is a fundamental challenge in plant genetics and a prerequisite for molecular breeding. Tools for trait dissection are markers, maps, and quantitative trait locus (QTL) analysis. Marker-assisted selection (MAS) is an application that integrates these tools. In this thesis research, a new sequence-based marker was evaluated, maps were constructed and used, and QTLs were detected using two types of populations. Marker-assisted selection was used to develop a novel class of barley. Restriction-site Associated DNA (RAD), a sequence based-marker technology, allows for simultaneous high-density single nucleotide polymorphism (SNP) discovery and genotyping. We assessed the value of RAD markers for linkage map construction using the Oregon Wolfe Barley (OWB) mapping population. We compared a RAD-based map to a map generated using Illumina GoldenGate Assay (EST-based SNPs). The RAD markers generated a high quality map with complete genome coverage. We then used the RAD map to locate QTL for agronomic fitness traits. A paper describing this research was published (Chutimanitsakun et al., 2011). Marker-assisted selection was used to rapidly develop fall-sown barley germplasm for human food uses. The target traits were high grain β-glucan, vernalization sensitivity (VS) and low temperature tolerance (LTT). The target loci were WX and VRN-H2. Marker-assisted selection was effective in fixing target alleles at both loci and waxy starch led to increase in grain β-glucan. Unexpected segregation at VRN-H1 and VRN-H3, revealed by genome-wide association mapping (GW-AM), led to unanticipated phenotypic variation in VS and LTT. We found that GW-AM is an efficient and powerful method for identifying the genome coordinates of genes determining target traits. Precise information is obtained with perfect markers; additional research may be needed when multiple alleles are segregating at target loci and significant associations are with markers in linkage disequilibrium (LD) with the target loci. A paper describing this research will be submitted for publication. / Graduation date: 2012

Contrary to the predictions of numerous theoretical models, variation in partner quality continues to persist in mutualisms, including in the symbiosis between legumes and rhizobia. One potential explanation for the maintenance of this genetic diversity is genotype × genotype interactions, however it is unknown which genetic regions might underlie these interactions. To investigate this question, I performed a quantitative trait loci mapping experiment with two different rhizobium strains to locate potential regions of the genome influencing genotype × genotype interactions between the legume Medicago truncatula and its symbiont Sinorhizobium meliloti. I found no evidence for genotype × genotype or QTL × rhizobium interactions, however some of the QTLs colocalized with genes involved in the symbiosis signaling pathway, suggesting variation in these genes could potentially affect plant performance and fitness traits. These findings have important implications for the evolutionary interactions between legumes and rhizobia, and the genetic architecture of Medicago truncatula.