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Aplicaciones moleculares al mejoramiento genético de papa

Manuel Muñoz David - INIA Remehue

4 de Septiembre de 2014

Laboratorio de Biotecnología aplicada al mejoramiento genético de papa

Asistir el proceso de desarrollo de variedades de papa mediante marcadores moleculares Equipo técnico:

Manuel Muñoz

Carolina Folch

Desarrollo de Variedades

Objetivos

¿Diversidad genética existente?

Elección de progenitores

Herramientas de selección

Programa de producción de semilla

Objetivos del mejoramiento genético de papa

Consumo fresco Color de piel

Forma

Rendimiento

Tamaño promedio

Firmeza a la cocción

Sabor French Fry

Calidad para frituraTipo Hojuela

Tipo bastón

Objetivos del mejoramiento genético de papa

Resistencia a enfermedades

VIRUS Tizón Tardío

Objetivos definidos por el mercado y necesidades de los productores

ONA-INIAYAGANA-INIA

PUKARA-INIA PUREN-INIA

KARU-INIA Patagonia-INIA Puyehue-INIA

Esquema del proceso de mejoramiento genético de papa

AÑO Genotipos diferentes

Tubérculos de cada genotipos

1 30.000 1

2 3.000 3

3 2.000 15

4 800 30

5 150 50

6 o más 50 200

7 o más 3 cientos

8 o más variedad miles

Objetivos del área molecular

Objetivo general: Desarrollar métodos moleculares eficientes de

caracterización e identificación de genotipos (progenitores y progenies segregantes) resistentes a enfermedades (P. infestans, nemátodo dorado y virus) y con colores de piel y pulpa para acelerar la generación de nuevas variedades.

Desarrollo de Variedades: Uso de MM

Objetivos

¿Diversidad genética existente?

Elección de progenitores

Herramientas de selección

Programa de producción de semilla

Colección nativa, análisis 798 accesiones nativas y comerciales

Colección unica

DuplicadosDiversidad genética

Colección Remehue

Comerciales y nativos

Colección SAG

Colección Puqueldón

Metodología

Implementación de marcadores SSR en accesiones

Registro de alelos presentes para cada marcador en cada accesión

Matriz presencia ausencia alelos dominantes (1, 0); Total 36 alelos.

Indice de similitud de Jackard (Darwin, software) PCA análisis, dendogramas (NJ; UPGMA)

Colección nativa: Proximidad genética de materiales

-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Remehue nativosSAGPuqueldón

Papa nativa Chilena

Variedades comerciales

Accesiones nativas

Papa nativa Chilena

Variedades comerciales

GBS, secuenciación de siguiente generación

150.000 SNPs

Colección Remehue

N° Total Accesiones 332

N° de genotipos diferentes 202

N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección SAG 34

Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN y morfologico 45

N° de accesiones involucradas en grupos 177

Colección SAG

N° Total Accesiones 308

N° de genotipos diferentes 258

N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección Remehue 55

Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN 36

N° de accesiones involucradas en grupos 86

Colección Puqueldón

N° Total Accesiones 158

N° de genotipos diferentes 155

N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección Remehue 0

N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección SAG 1

Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN 3

N° de accesiones involucradas en grupos 6

Datos preliminares, colección nativa

Proyección para la línea de investigación: conocimiento de la diversidad genética

Conocimiento de diversidad y estructura genética Patrones moleculares de genotipos selectos con

fines de trazabilidad Identificación de SNPs asociados a genes

responsables del color de pulpa Identificación de SNPs asociados a tolerancia a

stress abiótico

Desarrollo de Variedades

Objetivos

¿Diversidad genética existente?

Elección de progenitores

Herramientas de selección

Programa de producción de semilla

Elección de progenitores

Importancia de la dosis alélica

Aa x aa

50% A_ 50% aa

Aaaa x aaaa

50% A… 50%aaaa

AAAA x aaaa

100% A…

Aumento de la frecuencia del alelo de interés en la progenie

Ensayo molecular, N° alelos por locus Gen drf biosíntesis de antocianinas

qPCR, sondas Taqman gen dfr 2 genotipos de n° alelos conocido, 3 réplicas

técnicas

Nuliplex

SimplexDuplex¿Triplex, cuadruplex?

Relación entre los valores Ct producto de la amplificación con las sondas taqman asociadas a los fluoróforos VIC y FAM en 6 genotipos con distinto plex number.

Plex number Variedad (Ct VIC)/(Ct FAM)

 

simplex Yagana 0,948 ± 0,003 c

simplex Kathadin 0,957 ± 0,001 c

duplex NY118 1,055 ± 0,004 b

duplex Pike 1,069 ± 0,001 b

triplex Nardona 1,183 ± 0,009 a

triplex Superior 1,198 ± 0,007 a

Este ensayo puede ser usado para seleccionar progenitores que transmitan en alta frecuencia el color rojo de piel a la descendencia

Ensayos moleculares para detección de alelos relacionados con la biosíntesis de carotenoidesMarcador CHY2

(Dosis del alelo 3)

N Indice YIE313 Color de pulpa

nulex 3 30,5 ± 2,2 b

duplex 6 51,2 ± 0,9 a

triplex 4 52,8 ± 1,7 a

duplex-triplex 1 53,6 ± 0,7 a

simplex 1 57,9 ± 1,1 a

Este ensayo puede ser usado para seleccionar progenitores que transmitan en alta frecuencia el color amarillo de pulpa a la descendencia

Desarrollo de Variedades

Objetivos

¿Diversidad genética existente?

Elección de progenitores

Herramientas de selección

Programa de producción de semilla

Selección para resistencia a tizón tardío

Introgresión simultánea de genes R, piramidización

Cruzamiento de variedades y genotipos diferenciales

Rastreo de genes mayores (Genes R) en progenie segregante

Introgresión simultánea de varios genes R

Metodologia

Estandarización de marcadores descritos en la literatura Extracción ADN, PCR, visualización

Implementación de marcadores en familias segregantes de cruzas controladas Rastreo de genes R, desde S. demissum

Evaluaciones fenotípicas Porcentaje infección de la hoja por planta

Rendimiento en tubérculos/planta

Peso promedio tubérculo

Registro de aspecto (fotográfico)

ResultadosSeveridad infección en genotipos portadores de genes R

Genes R N AUDPC Error Estan Grupo LSD

R2 4 2,37 1,54 a

R1 R2 4 8,75 3,51 a

R3A R3B R1 R2 13 11,69 6,09 a

R3A R3B R2 8 16,84 5,40 a

R8? 8 92,00 31,66 a

R3A R3B R1 13 101,01 55,74 a

R3A R3B R8? 4 206,56 85,84 ab

R3A R3B 14 371,19 127,28 b

R3A 3 539,16 385,8 bc

No detectados 19 750,23 97,74 c

Adicionalmente se cuenta con las siguientes herramientas moleculares

Se cuenta con marcadores moleculares implementados para la detección de resistencia a nemátodo dorado (gen H1), virus X (Rx2) y Virus Y (Ryadg)

En líneas avanzadas del programa de mejoramiento se encuentra en alta frecuencia el gen H1 y el gen Rx2 (sobre 30%). El gen Ryadg está en baja frecuencia (3,6%)

Desarrollo de Variedades

Objetivos

¿Diversidad genética existente?

Elección de progenitores

Herramientas de selección

Programa de producción de semilla

Patrones moleculares para la trazabilidad de la identidad genética de líneas y variedades Establecimiento de bases de datos de presencia

de alelos en materiales genéticos

Patrón molecular de línea R91193-1 con 6 marcadores microsatélites

Marcador Tamaño de alelos presentes en R91193, en pares de bases (pb)

STI0030 125 112* 109 104

STM0037 99/100* 93

STM1052 267 243 226

STM1104 186

STM1106 175 169 160*

STM5127 266 257*

Alelos Marcador STI0030

Cambio climatico

Cambios en la distribución de las precipitaciones Tolerancia a stress hídrico dado por rasgos

cuantitativamente heredados Determinaciones de parámetros fisiológicos

relacionados con tolerancia a stress hídrico Oportunidad de utilización de herramientas de

secuenciación masiva para determinar asociaciones fenotipo – genotipo en poblaciones fenotipadas.

Muchas gracias