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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.11.2017.tde-18052017-153422
Documento
Autor
Nome completo
Julia Silva Morosini
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Margarido, Gabriel Rodrigues Alves (Presidente)
Piotto, Fernando Angelo
Carneiro, Monalisa Sampaio
Domingues, Douglas Silva
Título em português
Associação genômica ampla para caracteres relacionados à eficiência no uso de nitrogênio em linhagens de milho tropical
Palavras-chave em português
GWAS
MAS
Nitrogênio
SNP
Resumo em português
A expansão dos locais e da época de cultivo do milho faz com que uma fração significativa da produção do cereal ocorra em condições de estresses abióticos. Grande parte desse cenário edafoclimático remete ao cultivo do milho safrinha, semeado entre janeiro e março e atualmente responsável por 65% da produção total. Dentre os diversos tipos de estresses abióticos, a deficiência de nitrogênio é comum e crítica nos solos brasileiros. Evidencia-se, portanto, a necessidade do desenvolvimento de genótipos mais eficientes no uso de nitrogênio, resultando em benefícios econômicos e ambientais. Caracteres morfofisiológicos podem auxiliar no processo seletivo de genótipos superiores para essas condições, como a mensuração do sistema radicular e a análise da taxa fotossintética. Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi identificar regiões do genoma do milho tropical associadas ao comprimento de raiz, à fluorescência de clorofila e ao índice de resposta da planta ao estresse por nitrogênio. Para isto, foram avaliadas 64 linhagens endogâmicas de milho tropical em baixa e alta disponibilidade nitrogênio no solo e em dois locais de cultivo na Região de Piracicaba-SP, nas safras 2014/15 e 2015/16. Foram considerados o comprimento de raiz, a eficiência fotossintética do fotossistema II e o Índice de Tolerância à Baixa disponibilidade de nitrogênio (ITBN). As linhagens foram genotipadas com a plataforma Affymetrix® Axiom® Maize Genotyping Array de 616.201 marcadores SNP. A qualidade da informação genômica foi controlada pelos procedimentos Minor Allele Frequency e Call Rate e pela eliminação de heterozigotos. Os valores genotípicos foram preditos por meio de equações de modelos mistos do tipo REML/BLUP. Os dados de marcadores moleculares e fenotípicos foram analisados por Associação Genômica Ampla (GWAS). Verificou-se maior comprimento radicular em condições de baixa disponibilidade de nitrogênio. No total, sete marcadores significativos foram identificados, sendo quatro referentes ao ITBN, dois referentes ao comprimento de raiz em disponibilidade ideal e um referente ao comprimento de raiz em disponibilidade baixa do nutriente. Entre os principais processos biológicos identificados através da anotação funcional, estão o controle e regulação da transcrição, detectado para todos os caracteres avaliados, e a síntese de Guanosina Monofosfato Sintetase (GMP), enzima diretamente envolvida na disponibilização e reciclagem de nitrogênio. Também foi observada coincidência de região cromossômica entre marcadores significativos identificados e QTL potencialmente relacionados com a eficiência no uso de nitrogênio já reportados na literatura. Conclui-se que a técnica GWAS apresenta eficiência na detecção de marcadores associados aos caracteres de interesse, neste caso evidenciando processos e funções celulares relacionados aos diferentes processos da síntese e reciclagem de nitrogênio.
Título em inglês
Genome-wide association for characters related to nitrogen use efficiency in tropical maize lines
Palavras-chave em inglês
GWAS
MAS
Nitrogen
SNP
Resumo em inglês
The expansion of locals and season period of maize crop makes a significant portion of the cereal production to occur under abiotic stress conditions. Much of this environmental scenario refers to the second growing season maize, sowed between January and March and responsible for 65% of total production currently. Among the different types of abiotic stresses, nitrogen deficiency is common and critical in Brazilian soils. Therefore, it becomes necessary to develop genotypes more efficient in nitrogen use, resulting in economic and environmental benefits. Morphophysiological characters may assist in the selective process of superior genotypes for these conditions, such as root system measurement and photosynthetic ratio analysis. In this context, this project aimed to identify tropical maize genomic regions associated with root morphological character, physiological parameter of photosystem II, and with the plant response index to nitrogen stress. To this end, 64 tropical maize inbreeding lines contrasting for nitrogen use efficiency were evaluated in low and ideal soil nitrogen availability in two cultivation sites in the region of Piracicaba-SP, in seasons 2014/15 and 2015/16. The characters root total length, chlorophyll fluorescence, and Low Nitrogen Tolerance index (LNTI) were considered. The lines were genotyped SNP using the Affymetrix® Axiom® Maize Genotyping Array with 616,201 SNP. The quality of the genomic information was controlled by Minor Allele Frequency and Call Rate procedures and by the elimination of heterozygous loci. The genotypic values were predicted using REML/BLUP mixed model equations. Genome-Wide Association Studies (GWAS) was performed to analyze molecular and phenotypic data. Greater root length under low availability nitrogen conditions was verified. In total, seven significant markers were identified, four referring to LNTI, two referring to root length under ideal nitrogen availability and one referring to root length under low nitrogen availability. Among the main biological processes identified trough functional annotation are the transcription control and regulation, detected to all evaluated characters, and the synthesis of Guanosine Monophosphate Synthetase (GMP), enzyme directly involved in the provision and recycling of nitrogen. It was also observed coincidence of chromosomal region between significant markers identified and QTLs potentially related in nitrogen use efficiency previously reported. As conclusion, GWAS technique shows efficiency in the detection of markers associated to the characters in focus, in this evidencing cellular processes and functions associated to the different process of nitrogen synthesis and recycling.
 
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Data de Liberação
2019-05-30
Data de Publicação
2017-06-07
 
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