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Previous issue date: 2015-12-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this work were to determine the genetic inheritance, map QTL Al tolerance and quantify the differential gene expression of Al tolerance genes in tropical origin maize. To determine the genetic control of Al tolerance were evaluated diallel crosses between contrasting genotypes in the hybrid maize germplasm and maize landrace germplasm. Affiliates generations of diallel crosses and parental of respective crosses were evaluated for Al tolerance through minimal solution methodology. The DIF data (root growth difference) were analyzed by diallel Griffing model (1956) Method 2 (parental, hybrid and reciprocal). Later was determined the tolerance inheritance from average analysis of segregating generations. The landrace genotypes showed overall higher DIF average to hybrid germplasm, confirming the greater tolerance in this group. The diallel crosses involving the V 06 landrace stood out by the high specific and general combining ability for Al tolerance. The results of the generation average analysis indicated, for all families studied, quantitative inheritance of Al tolerance with predominance of genetic variance explained by additive effects. The heritability in the narrow sense was of intermediate magnitude, indicating the possibility of genetic gains to artificial selection of Al tolerant genotypes in F2 generation. The QTL mapping was performed based on phenotypic analysis of 114 F2:3 progenies, evaluated at minimum solution in presence of 4 mg L-1 Al. Microsatellite and AFLPs polymorphic loci between the parental lines of the mapping population were used for construction of the linkage map with the help of MAPMAKER program version 3.0 and QTL detection performed by the composite interval mapping. Nine tolerance QTLs were mapped in eight linkage groups (chromosomes 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10), which explained 70.3% of phenotypic variation in Al tolerance. The results confirmed the three major QTL (bins 6.00, 8.05 and 10.01) described in the literature for Al tolerance, which were responsible for the most of phenotypic variation (40.3%). The high number of mapped QTLs in F2:3 segregating population confirms the quantitative inheritance of Al tolerance in the tropical maize germplasm. The molecular screening of ZmMATE1 and ZmMATE2 genes in hybrid and landraces maize germplasm showed no association of the amplified fragments with Al tolerance index. For studies of gene expression, the tolerant (H 44 and V 18) and sensitive genotypes (V H 22 and 25) were subjected to minimal solution for different exposure periods (0, 1, 3, 6, 9, 12, 24 and 48 h). After total RNA extraction from each genotype and the synthesis of cDNAs from each sample, were performed qRT-PCR assays to quantitate the expression of ZmMATE1, ZmMATE2 and ZmNrat1 genes. The results showed the highest differential expression of tolerant landrace V 18 for ZmMATE1 gene, indicating that, possibly, the exudation of citrate should be the main mechanism of Al tolerance in this genotype. The results also demonstrated the possibility of another type Al tolerance mechanism for the tolerant hybrid H 44, since showed differential expression only for ZmNrat1 gene in initial phase of exposure (1 to 3 h). The same genotypes used in the gene expression quantification were evaluated for roots differential staining with hematoxylin. The genotypes were submitted to minimal solution with Al for 6, 12, 24 and 48 h exposure times, evaluating the differential staining of roots in the respective periods. It was not possible to observe differential staining with hematoxylin among maize tolerant and sensitive genotypes to Al. / Os objetivos do trabalho foram determinar a herança genética, mapear os QTLs de tolerância ao Al e quantificar a expressão gênica diferencial de genes de tolerância ao Al em milho de origem tropical. Para determinar o controle genético da tolerância ao Al foram avaliados cruzamentos dialélicos entre genótipos contrastantes dentro do germoplasma de milho híbrido e dentro do germoplasma de milho crioulo. As gerações filiais dos cruzamentos dialélicos e os respectivos parentais dos cruzamentos foram avaliados quanto à tolerância ao Al através da metodologia de solução mínima. Os dados do DIF (diferença de crescimento radicular) foram submetidos à análise dialélica pelo modelo de Griffing (1956) método 2 (parentais, híbridos e recíprocos). Posteriormente, foi determinada a herança da tolerância a partir da análise de médias de gerações segregantes. Os genótipos de milho crioulo demonstraram média geral de DIF superior ao germoplasma híbrido, confirmando a maior tolerância neste grupo. Os cruzamentos dialélicos que envolveram a variedade crioula V 06 destacaram-se pela alta capacidade específica e geral de combinação para a tolerância ao Al. Os resultados da análise de média de gerações indicaram, para o conjunto de famílias estudadas, herança quantitativa da tolerância ao Al, com predomínio da variância genética explicada pelos efeitos aditivos. A herdabilidade no sentido restrito foi de magnitude intermediária, indicando a possibilidade de ganhos genéticos com a seleção artificial de genótipos tolerantes ao Al na geração F2. O mapeamento de QTLs foi realizado com base na análise fenotípica de 114 progênies F2:3, avaliadas em solução mínima na presença de 4 mgL-1 de Al. Os locos microssatélites e AFLPs polimórficos entre as linhagens parentais da população de mapeamento foram utilizados para a construção do mapa de ligação com o auxílio do programa MAPMAKER versão 3.0 e a detecção dos QTLs realizada pelo mapeamento por intervalo composto. Foram mapeados nove QTLs de tolerância em oito grupos de ligação (cromossomos 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10), os quais explicaram 70,3% da variação fenotípica em tolerância ao Al. Os resultados confirmaram os três principais QTLs (bins 6.00, 8.05 e 10.01) descritos na literatura para a tolerância ao Al, os quais foram responsáveis pela maior parte da variação fenotípica (40,3%). O elevado número de QTLs mapeados na população segregante F2:3 confirma a herança quantitativa da tolerância ao Al neste germoplasma de milho tropical. O screening molecular dos genes ZmMATE1 e ZmMATE2 nos germoplasmas de milho híbrido e de variedades crioulas não evidenciou associação dos fragmentos amplificados com os índices de tolerância ao Al. Para os estudos de expressão gênica, os genótipos tolerantes (H 44 e V 18) e os sensíveis (H 22 e V 25) foram submetidos à solução mínima por diferentes períodos de exposição (0, 1, 3, 6, 9, 12, 24 e 48 h). Após a extração de RNA total de cada um dos genótipos e a síntese dos cDNAs de cada amostra foram realizados ensaios de qRT-PCR para quantificar a expressão dos genes ZmMATE1, ZmMATE2 e ZmNrat1. Os resultados demonstraram a maior expressão diferencial da variedade crioula tolerante V 18 para o gene ZmMATE1, indicando que, possivelmente, a exsudação de citrato deva ser o principal mecanismo de tolerância ao Al neste genótipo. Os resultados também evidenciaram a possibilidade de outro tipo de mecanismo de tolerância ao Al para o híbrido tolerante H 44, pois apresentou expressão diferencial apenas para o gene ZmNrat1 na fase inicial da exposição (1 a 3 h). Os mesmos genótipos utilizados na quantificação da expressão gênica foram avaliados para a coloração diferencial de raízes com hematoxilina. Os genótipos foram submetidos à solução mínima com Al por períodos de exposição de 6, 12, 24 e 48 h, avaliando-se a coloração diferencial das raízes nos respectivos períodos. Não foi possível observar coloração diferencial com hematoxilina entre genótipos de milho tolerantes e sensíveis ao Al.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2.uepg.br:prefix/2278 |
| Date | 22 December 2015 |
| Creators | Coelho, Caroline de Jesus |
| Contributors | Matiello, Rodrigo Rodrigues, Faria, Marcos Ventura, Silva, Paulo Roberto da, Caires, Eduardo Fávero, Artoni, Roberto Ferreira |
| Publisher | UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, UEPG, BR, Agricultura |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UEPG, instname:Universidade Estadual de Ponta Grossa, instacron:UEPG |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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