Tolerância à seca induzida pela superexpressão do gene nuclear rbcL em arroz

The objective of this work was to determine whether the overexpression of the nuclear Rubisco large subunit (rbcL) improves the drought tolerance of the genetically modified (GM) BRSMG Curinga upland rice (Oryza sativa) cultivar. GM and non-genetically modified (NGM) plants of the same cultivar were compared under the two following water treatments: well watered (WW) and water deficit (WD). The performance of the agronomic traits of GM plants, including grain yield, was superior to that of NGM plants in both treatments. By quantitative polymerase chain reaction, GM plants show a significantly higher expression of the rbcL gene in both WW and WD, as well as a larger amount of abscisic acid. With the RNAseq analysis, almost three times more upregulated genes are identified in GM plants in stage 2 after water restriction, indicating a greater protection against water deficit. The higher expression of genes related to the protection of the cellular metabolism and a series of physiological alterations may be involved in the increase in the drought tolerance of GM rice plants overexpressing the rbcL gene.O objetivo deste trabalho foi determinar se a superexpressão da grande subunidade nuclear da Rubisco (rbcL) aumenta a tolerância à seca da cultivar geneticamente modificada (GM) BRSMG Curinga de arroz (Oryza sativa) de terras altas. Plantas GMs e não geneticamente modificadas (NGMs) da mesma cultivar foram comparadas nos dois seguintes tratamentos de água: irrigação (WW) e déficit hídrico (WD). O desempenho dos caracteres agronômicos das plantas GMs, incluindo a produção de grãos, foi superior ao das NGMs em ambos os tratamentos. Por reação em cadeia da polimerase quantitativa, plantas GMs apresentam expressão significativamente maior do gene rbcL, tanto sob WW como sob WD, além de maior quantidade de ácido abscísico. Com a análise de RNAseq, quase três vezes mais genes regulados positivamente são identificados nas plantas GMs no estágio 2 após restrição hídrica, o que indica maior proteção contra o déficit hídrico. O aumento da expressão de genes relacionados à proteção do metabolismo celular e uma série de alterações fisiológicas podem estar envolvidos no aumento da tolerância à seca em plantas de arroz GMs que superexpressam o gene rbcL

Drought tolerance induced by the overexpression of the nuclear rbcL gene in rice

- The objective of this work was to determine whether the overexpression of the nuclear Rubisco large subunit (rbcL) improves the drought tolerance of the genetically modified (GM) BRSMG Curinga upland rice (Oryza sativa) cultivar. GM and non-genetically modified (NGM) plants of the same cultivar were compared under the two following water treatments: well watered (WW) and water deficit (WD). The performance of the agronomic traits of GM plants, including grain yield, was superior to that of NGM plants in both treatments. By quantitative polymerase chain reaction, GM plants show a significantly higher expression of the rbcL gene in both WW and WD, as well as a larger amount of abscisic acid. With the RNAseq analysis, almost three times more upregulated genes are identified in GM plants in stage 2 after water restriction, indicating a greater protection against water deficit. The higher expression of genes related to the protection of the cellular metabolism and a series of physiological alterations may be involved in the increase in the drought tolerance of GM rice plants overexpressing the rbcL gene

Identification of stable quantitative trait loci for grain yield in rice

O objetivo deste trabalho foi identificar locos de caracteres quantitativos (QTLs) associados à produtividade em uma população segregante de arroz (GYP). Uma população de 245 linhagens puras recombinantes de arroz, do cruzamento 'Epagri 108' (Oryza sativa subsp. indica) x 'IRAT 122' (O. sativa subsp. japonica), foi avaliada em diferentes locais e anos e genotipada por marcadores de polimorfismo de nucleotídeo único (SNPs). Obteve‑se um mapa de 1.592,8 cM a partir de 9.831 SNPs, tendo-se identificado 25 QTLs. Os seguintes nove SNPs apresentaram estabilidade entre os diferentes ambientes: M1.37719614 e M6.9563117 para GYP; M4.29340056, M5.25588710, M7.29115624 e M12.4534450 para peso de 100 grãos (HGW); e M1.38398157, M4.28368337 e M7.25991230 para altura de plantas. Seis SNPs não estavam presentes nos blocos de ligação:  M6.9563117 e M4.1077080 para GYP; M5.25588710 e M6.8886398 para HGW; e M2.34471005 e M8.5955948 para altura de plantas. Os SNPs M6.9563117 e M5.25588710 foram considerados ambientalmente estáveis e não estiveram presentes em blocos de ligação, o que indica seu alto potencial para uso na seleção assistida por marcadores de produtividade de grãos, em programas brasileiros de melhoramento de arroz.The objective of this work was to identify the quantitative trait loci (QTLs) associated with grain yield in a rice segregant population (GYP). A population of 245 inbred recombinant rice lines from the 'Epagri 108' (Oryza sativa subsp. indica) x 'IRAT 122' (O. sativa subsp. japonica) cross was evaluated at different locations and years and genotyped by single nucletide polymorphism (SNP) markers. A map of 1,592.8 cM was obtained from 9,831 SNPs, identifying 25 QTLs. The following nine SNPs showed stability between the different environments: M1.37719614 and M6.9563117 for GYP; M4.29340056, M5.25588710, M7.29115624, and M12.4534450 for 100-grain weight (HGW); and M1.38398157, M4.28368337, and M7.25991230 for plant height (PH). Six SNPs were not present in the linkage blocks: M6.9563117 and M4.1077080 for GYP; M5.25588710 and M6.8886398 for HGW; and M2.34471005 and M8.5955948 for PH. The M6.9563117 and M5.25588710 SNPs were considered environmentally stable and were not present in the linkage blocks, showing their high potential for use in marker-assisted selection for grain yield in Brazilian rice breeding programs

Efeitos fisiológicos e fenotípicos da superexpressão do gene OVP1 em arroz japonica

The objective of this work was to evaluate the physiological, phenotypic, and gene expression parameters in genetically modified (GM) rice plants that overexpress the Oryza sativa Vacuolar H+-Pyrophosphatase 1 (OVP1) gene, compared with non-genetically modified (NGM) rice. GM and NGM plants of the BRSMG Curinga cultivar were evaluated in two experiments, in a laboratory and greenhouse, in a randomized complete block design, with four replicates. Agronomic traits of interest were estimated, and transcriptome analysis and gene expression quantification were carried out. GM plants showed a 31 and 21% higher number of spikelets per panicle and total number of grains per panicle, respectively, in comparison with NGM plants. Physiological changes occurred during the grain-filling stage, in which GM plants presented a photosynthetic rate and carboxylation efficiency 61 and 89% higher than those of NGM plants, respectively. The overexpression of the OVP1 gene favors the upregulation of some photosynthesis genes and the increase in the number of spikelets and in the photosynthetic rate, but does not favor the increase in grain yield.O objetivo deste trabalho foi avaliar os parâmetros fisiológicos, fenotípicos e de expressão gênica em plantas de arroz geneticamente modificadas (GM) que superexpressam o gene Oryza sativa Vacuolar H+-Pyrophosphatase 1 (OVP1), em comparação ao arroz não geneticamente modificado (NGM). Plantas GM e NGM da cultivar BRSMG Curinga foram avaliadas em dois experimentos, em laboratório e casa de vegetação, no delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições. Foram estimados caracteres agronômicos de interesse, e realizadas análise de transcritoma e quantificação da expressão gênica. Plantas GM apresentaram número de espiguetas por panícula e número total de grãos por panícula 31 e 21% maiores, respectivamente, em comparação às plantas NGM. Ocorreram alterações fisiológicas durante a fase de enchimento de grãos, em que as plantas GM apresentaram taxa fotossintética e eficiência de carboxilação 61 e 89% mais altas do que as das plantas NGM, respectivamente. A superexpressão do gene OVP1 favorece a indução de alguns genes da fotossíntese e o aumento do número de espiguetas e da taxa fotossintética, mas não favorece o aumento da produtividade de grãos

Desenvolvimento de marcadores SNP para triagem de produtividade de grãos de cultivares brasileiras de arroz

The objective of this work was to identify and validate single-nucleotide polymorphism (SNP) markers related to grain yield in rice (Oryza sativa) core collection. The genome-wide association studies (GWAS) methodology was applied for genotyping of 541 rice accessions by 167,470 SNPs. The grain yield of these accessions was estimated through the joint analysis of nine field experiments carried out in six Brazilian states. Fifteen SNPs were significantly associated with grain yield, and out of the ten SNPs converted to TaqMan assays, four discriminated the most productive accessions. These markers were used for the screening of rice accessions with favorable alleles. The selected accessions were, then, evaluated in field experiments in target environments, in order to select the most productive ones. This screening reduces the number of accessions evaluated experimentally, making it possible to prioritize those with higher productive potential, which allows of the increase of the number of replicates and, consequently, of the experimental accuracy.O objetivo deste trabalho foi identificar e validar marcadores de polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) relacionados à produtividade de grãos em coleção nuclear de arroz (Oryza sativa). A metodologia de estudos de associação genômica ampla (GWAS) foi aplicada à genotipagem de 541 genótipos por 167.470 SNPs. A produtividade de grãos desses acessos foi estimada por meio da análise conjunta de nove experimentos de campo, realizados em seis estados brasileiros. Quinze SNPs foram significativamente associados à produtividade de grãos e, dos dez SNPs que foram convertidos em ensaios TaqMan, quatro discriminaram os acessos com maior produtividade. Esses marcadores foram utilizados para identificar aceessos de arroz com os alelos favoráveis. Em seguida, os acessos selecionados foram avaliados em experimentos de campo, em ambientes-alvo, para identificar os mais produtivos. Essa triagem reduz o número de acessos avaliados experimentalmente, pois torna possível priorizar aqueles com maior potencial produtivo, o que permite aumentar o número de repetições e, consequentemente, a precisão experimental

Análise de QTL da produtividade em linhagens de introgressão de Oryza sativa x O. glumaepatula

The objective of this work was to evaluate the yield performance of two generations (BC2F2 and BC2F9) of introgression lines developed from the interspecific cross between Oryza sativa and O. glumaepatula, and to identify the SSR markers associated to yield. The wild accession RS‑16 (O. glumaepatula) was used as donor parent in the backcross with the high yielding cultivar Cica‑8 (O. sativa). A set of 114 BC2F1 introgression lines was genotyped with 141 polymorphic SSR loci distributed across the whole rice genome. Molecular analysis showed that in average 22% of the O. glumaepatula genome was introgressed into BC2F1 generation. Nine BC2F9 introgression lines had a significantly higher yield than the genitor Cica‑8, thus showing a positive genome interaction among cultivated rice and the wild O. glumaepatula. Seven QTL were identified in the overall BC2F2, with one marker interval (4879‑EST20) of great effect on yield. The alleles with positive effect on yield came from the cultivated parent Cica‑8.O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho produtivo de duas gerações (RC2F2 e RC2F9) de linhagens de introgressão, desenvolvidas a partir do cruzamento interespecífico entre Oryza sativa e O. glumaepatula, bem como identificar marcadores SSR associados à produtividade. O acesso selvagem RS‑16 (O. glumaepatula) foi utilizado como doador parental no retrocruzamento com a cultivar elite Cica‑8 (O. sativa). Uma série de 114 linhagens de introgressão RC2F1 foi genotipada com 141 locos SSR polimórficos distribuídos ao longo de todo o genoma do arroz. A análise molecular indicou que, em média, 22% do genoma de O. glumaepatula foi introgredida na geração RC2F1. Nove linhagens de introgressão RC2F9 tiveram produção significativamente maior que o genitor Cica‑8, o que mostra uma interação genômica positiva entre o arroz cultivado e a espécie silvestre O. glumaepatula. Sete QTL foram identificados em toda geração RC2F2, com um intervalo de marcadores (4879‑EST20) de grande efeito sobre a produtividade. Os alelos com efeitos positivos sobre a produtividade foram provenientes do genitor cultivado Cica‑8

CORE COLLECTION OF COMMON BEAN FORMED FROM TRADITIONAL BRAZILIAN GERMPLASM

O objetivo deste trabalho foi, através de estratégias de análise por modelos multivariado, selecionar acessos tradicionais, compor uma coleção nuclear de feijoeiro comum e avaliar sua representatividade em relação à coleção base de coletas hospedadas no BAG da Embrapa. Utilizando dados de caracterização de 2903 acessos de coletas representando todas as regiões geográficas do Brasil quanto a três descritores morfológicos (cor de semente, tipos de crescimento e tamanho de semente) e quatro descritores ecogeográficos (regiões geográficas, unidades federativas, altitudes e classes de solos), foram selecionados 400 acessos utilizando modelos multivariado aplicados aos dados transformados em valores multibinários. Os acessos amostrados apresentaram similaridade máxima (100,0%) com a coleção tradicional, diversidade fenotípica e heterogeneidade representativa em relação à coleção tradicional. Na coleção nuclear os acessos tradicionais representaram 9,5% dos acessos tradicional e equivalente a 3% dos acessos da coleção base. Com isso conclui-se que é possível formar uma coleção nuclear representativa da coleção base, no que diz respeito à diversidade genética e a conservação de alelos raros

In-depth genome characterization of a Brazilian common bean core collection using DArTseq high-density SNP genotyping

Background: Common bean is a legume of social and nutritional importance as a food crop, cultivated worldwide especially in developing countries, accounting for an important source of income for small farmers. The availability of the complete sequences of the two common bean genomes has dramatically accelerated and has enabled new experimental strategies to be applied for genetic research. DArTseq has been widely used as a method of SNP genotyping allowing comprehensive genome coverage with genetic applications in common bean breeding programs. Results: Using this technology, 6286 SNPs (1 SNP/86.5 Kbp) were genotyped in genic (43.3%) and non-genic regions (56. 7%). Genetic subdivision associated to the common bean gene pools (K = 2) and related to grain types (K = 3 and K = 5) were reported. A total of 83% and 91% of all SNPs were polymorphic within the Andean and Mesoamerican gene pools, respectively, and 26% were able to differentiate the gene pools. Genetic diversity analysis revealed an average HE of 0.442 for the whole collection, 0.102 for Andean and 0.168 for Mesoamerican gene pools (FST = 0.747 between gene pools), 0. 440 for the group of cultivars and lines, and 0.448 for the group of landrace accessions (FST = 0.002 between cultivar/line and landrace groups). The SNP effects were predicted with predominance of impact on non-coding regions (77.8%). SNPs under selection were identified within gene pools comparing landrace and cultivar/line germplasm groups (Andean: 18; Mesoamerican: 69) and between the gene pools (59 SNPs), predominantly on chromosomes 1 and 9. The LD extension estimate corrected for population structure and relatedness (r2 SV) was~88 kbp, while for the Andean gene pool was~395 kbp, and for the Mesoamerican was ~ 130 kbp. Conclusions: For common bean, DArTseq provides an efficient and cost-effective strategy of generating SNPs for large-scale genome-wide studies. The DArTseq resulted in an operational panel of 560 polymorphic SNPs in linkage equilibrium, providing high genome coverage. This SNP set could be used in genotyping platforms with many applications, such as population genetics, phylogeny relation between common bean varieties and support to molecular breeding approaches

Análise de associação quanto à produtividade e seus caracteres componentes em linhagens e cultivares de arroz de terras altas

The objective of this work was to identify, through analysis of associative mapping, the molecular markers related to upland rice yield and its component traits. One hundred thirteen lines and cultivars of upland rice, with reduced admixture, from the Rice Core Collection of Embrapa, were used. The following yield component traits were evaluated: number of panicles per meter, number of grains per panicle, and weight of 100 grains. Out of the 115 used markers, 25 (21.7%) were significantly associated with one or more traits. Among the 29 SSR (simple sequence repeats) co‑located in yield QTL (quantitative trait loci) in rice, 12 were associated with the evaluated traits and considered candidates for use in marker‑assisted selection. The markers NP914540, Q6ZGD1, and Q69JE3, associated with the number of grains per panicle, are not yet annotated in rice and should constitute the starting point for functional genomics studies. Among the markers derived from transcribed sequences, NP914526 and NP914533 stand out for belonging to metabolic pathways related to increased yield potential of rice.O objetivo deste trabalho foi identificar, por meio da análise de mapeamento associativo, os marcadores moleculares relacionados à produtividade do arroz de terras altas e aos seus caracteres componentes. Foram usadas 113 linhagens e cultivares de arroz de terras altas, da Coleção Nuclear de Arroz da Embrapa, com reduzido vínculo genético entre si. Os seguintes caracteres componentes da produtividade foram avaliados: número de panículas por metro, número de grãos por panícula e peso de 100 grãos. Dos 115 marcadores utilizados, 25 (21,7%) associaram-se significativamente a um ou mais caracteres. Entre os 29 SSR ("simple sequence repeats") colocalizados em QTL ("quantitative trait loci") de produtividade de arroz, 12 foram associados aos caracteres avaliados e considerados como candidatos para uso na seleção assistida por marcadores. Os marcadores NP914540, Q6ZGD1 e Q69JE3, associados ao número de grãos por panícula, ainda não foram anotados no arroz e podem constituir o ponto de partida para estudos de genômica funcional. Entre os marcadores derivados de sequências transcritas, NP914526 e NP914533 destacam-se por pertencer a rotas metabólicas relacionadas ao aumento do potencial produtivo de arroz