Mapeo asociativo y análisis de desequilibrio de ligamiento para la identificación de genes de tolerancia a estrés abiótico en papa tetraploide

La papa (Solanun tuberosum spp. tuberosum, 2n = 4x = 48) es el cuarto cultivo alimenticio más importante del mundo. A nivel mundial, el cultivo es sembrado en 19 millones de hectáreas y su producción anual es de alrededor de 325 x 106 toneladas. En la Argentina, se siembran aproximadamente 75.500 mil hectáreas anuales, de las cuales 32 mil hectáreas se encuentran en el Sudeste de la provincia de Buenos Aires. La papa es un cultivo descripto como susceptible a la sequía, limitando las áreas de producción a zonas húmedas o bien irrigadas. Entre las especies presentes en el cultivo de papa existe gran variabilidad genotípica respecto a la tolerancia al estrés hídrico. El mapeo asociativo aprovecha la diversidad existente en el germoplasma estudiado para identificar alelos y loci vinculados a un rasgo de interés como la tolerancia a estrés hídrico por sequía sin la necesidad de construir poblaciones de mapeo. En este trabajo se evaluó la estructura poblacional y la diversidad genética en un panel de mapeo asociativo vinculado al germoplasma del Programa de Mejoramiento Genético de Papa de la EEA INTA-Balcarce que incluyó genotipos pertenecientes a Solanun tuberosum spp. tuberosum, S. tuberosum spp. andígena, S. tarijense y S. chacoense mediante dos aproximaciones: utilizando marcadores moleculares (SNPs) y por medio de marcadores fenotípicos de fácil medición. En complementación, se calcularon predictores lineales insesgados (BLUPs) para rasgos fenotípicos asociados a la tolerancia al estrés por sequía en ambientes con regímenes hídricos contrastantes. Finalmente, a partir de los valores BLUPs se realizó un análisis por mapeo asociativo para evaluar la asociación de éstos con la variación genotípica evidenciada por el genotipado de la población mediante marcadores tipo SNPs. Se utilizó como cofactores fijos la estructura poblacional y la matriz de parentesco. La estructura de la población estudiada mediante el uso por marcadores tipo SNPs se asoció con el origen del germoplasma evaluado. Los rasgos fenotípicos de fácil medición mostraron capacidad preliminar para agrupar poblaciones de papa de diverso origen, grupo taxonómico y nivel de ploidía. En general las variables fenotípicas evaluadas en ambientes con regímenes hídricos contrastantes mostraron respuesta diferencial frente al estrés. Los BLUPs permitieron generar un ordenamiento de genotipos con buena respuesta frente al estrés hídrico por sequía. Mediante el análisis molecular se observó desequilibrio de ligamiento en cada uno de los cromosomas de la papa. Posteriormente, se encontraron asociaciones significativas entre los marcadores moleculares y los fenotípicos asociados al rendimiento, concentración de prolina y consumo de agua. Los marcadores asociados a la concentración de prolina y consumo de agua se vincularon con genes candidatos de respuesta a estrés. Los análisis conducidos en la presente tesis permitieron (i) evidenciar la variabilidad genética en la población de papa utilizada, (ii) validar la capacidad selectiva de los predictores insesgados tipo BLUPs de los rasgos fenotípicos evaluados para la tolerancia a estrés hídrico por sequía y por último (iii) proponer posibles QTLs asociados a la tolerancia a estrés por sequía.Fil: Tagliotti, Martin Enrique. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria; Argentin

Discriminant analysis of principal components and pedigree assessment of genetic diversity and population structure in a tetraploid potato panel using SNPs

The reported narrow genetic base of cultivated potato (Solanum tuberosum) can be expanded by the introgression of many related species with large genetic diversity. The analysis of the genetic structure of a potato population is important to broaden the genetic base of breeding programs by the identification of different genetic pools. A panel composed by 231 diverse genotypes was characterized using single nucleotide polymorphism (SNP) markers of the Illumina Infinium Potato SNP Array V2 to identify population structure and assess genetic diversity using discriminant analysis of principal components (DAPC) and pedigree analysis. Results revealed the presence of five clusters within the populations differentiated principally by ploidy, taxonomy, origin and breeding program. The information obtained in this work could be readily used as a guide for parental introduction in new breeding programs that want to maximize variability by combination of contrasting variability sources such as those presented here.Fil: Deperi, Sofía Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Tagliotti, Martin Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Bedogni, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Manrique Carpintero, Norma C.. Michigan State University; Estados UnidosFil: Coombs, Joseph. Michigan State University; Estados UnidosFil: Zhang, Ruofang. Inner Mongolia University; ChinaFil: Douches, David. Michigan State University; Estados UnidosFil: Huarte, Marcelo Atilio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentin

Use of easy measurable phenotypic traits as a complementary approach to evaluate the population structure and diversity in a high heterozygous panel of tetraploid clones and cultivars

Diversity in crops is fundamental for plant breeding efforts. An accurate assessment of genetic diversity, using molecular markers, such as single nucleotide polymorphism (SNP), must be able to reveal the structure of the population under study. A characterization of population structure using easy measurable phenotypic traits could be a preliminary and low-cost approach to elucidate the genetic structure of a population. A potato population of 183 genotypes was evaluated using 4859 high-quality SNPs and 19 phenotypic traits commonly recorded in potato breeding programs. A Bayesian approach, Minimum Spanning Tree (MST) and diversity estimator, as well as multivariate analysis based on phenotypic traits, were adopted to assess the population structure. Results: Analysis based on molecular markers showed groups linked to the phylogenetic relationship among the germplasm as well as the link with the breeding program that provided the material. Diversity estimators consistently structured the population according to a priori group estimation. The phenotypic traits only discriminated main groups with contrasting characteristics, as different subspecies, ploidy level or membership in a breeding program, but were not able to discriminate within groups. A joint molecular and phenotypic characterization analysis discriminated groups based on phenotypic classification, taxonomic category, provenance source of genotypes and genetic background. Conclusions: This paper shows the significant level of diversity existing in a parental population of potato as well as the putative phylogenetic relationships among the genotypes. The use of easily measurable phenotypic traits among highly contrasting genotypes could be a reasonable approach to estimate population structure in the initial phases of a potato breeding program.Fil: Tagliotti, Martin Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Deperi, Sofía Irene. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; ArgentinaFil: Bedogni, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Zhang, Ruofang. Inner Mongolia University; ChileFil: Manrique Carpintero, Norma C.. Michigan State University; Estados UnidosFil: Coombs, Joseph. Michigan State University; Estados UnidosFil: Douches, David. Michigan State University; Estados UnidosFil: Huarte, Marcelo Atilio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentin

Genome‐wide association analysis of agronomical and physiological traits linked to drought tolerance in a diverse potatoes ( Solanum tuberosum ) panel

Potatoes is often considered a drought-sensitive crop and its sustainable production is threatened due to frequent drought episodes. Drought tolerance is a complex trait of increasing importance in potatoes therefore its yield is threatened. The differential response of several physiological and agronomical traits was evaluated in a diverse potatoes panel under contrasting water regimes to identify quantitative trait loci (QTL) associated with drought tolerance using genome-wide association analysis with 4859 high-quality SNP markers. Phenotypic data were collected from multiple environments and years. QTL with diverse linkage disequilibrium blocks for proline concentration, water consumption and yield were detected on chromosomes 1, 4 and 10. These QTL detected were associated with known gene functions. The current study provides insights into the putative genes that controlled the responses to the drought tolerance in potatoes at physiological and agronomical levels. The QTL described in this work might be included in future marker-assisted selection programmes linked with drought tolerance in potatoes.Fil: Tagliotti, Martin Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Deperi, Sofía Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Bedogni, María Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Huarte, Marcelo Atilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentin

Association mapping to detect Phytophthora infestans Mont. De Bary resistance in tetraploid potato

Phytophthora infestans (Mont.) de Baryis found in all areas of potato (Solanum tuberosum L.) production in Argentine. Association mapping uses the existing diversity in a a population to identify loci responsible of phenotypic variation of a character. The studied population was formed by 159 genotypes of the germplasm collection of the Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) Estación Experimental Agropecuaria (EEA) Balcarce potato breeding program. These genotypes are part of a larger population that was previously analyzed using single-nucleotide polymorphism (SNP). Phenotypic assessment was carried out in two locations over 3 yr. Environmental conditions allowed the presence of the disease in all year × location combination. Phenotypic variability was found for relative area under disease progress curve (RAUDPC) and yield parameters as, Total weight and Seed weight. Association mapping was carried out on 159 genotypes. Eight significant associations were found using Bonferroni methodology, with values of −log(p) ranging between 4.61 and 5.42 located at chromosomes 3 (solcap_snp_c2_16679), 4 (solcap_snp_c1_6126 and solcap_snp_c2_38243, solcap_snp_c2_54077), 5 (solcap_snp_c2_42374), 6 (solcap_snp_c2_33228), 7 (solcap_snp_c1_7407), and 10 (solcap_snp_c2_63) and eleven significant associations using permutation tests with values of −log(p) between 4.5 and 6.42 located at chromosomes 1(solcap_snp_c1_5150), 2 (solcap_snp_c1_13923), 4 (solcap_snp_c1_4178, and solcap_snp_c2_50004), 5 (solcap_snp_c2_11829 and solcap_snp_c2_50532), 7 (solcap_snp_c2_35057 and solcap_snp_c1_10011), and 9 (solcap_snp_c2_1915). Some of the SNPs detected are adjacent to genes that encode enzymes that participate in metabolic pathways that are activated in response to interaction with pathogens. Those markers might be included in breeding programs related to improve late blight resistance in potato cultivars.Fil: Deperi, Sofía Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Tagliotti, Martin Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Bedogni, María Cecilia. Universidad Nacional de Mar del Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Huarte, Marcelo Atilio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentin