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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2023.tde-04012024-170539
Document
Author
Full name
Talissa de Oliveira Floriani Zimmermann de Souza
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2023
Supervisor
Committee
Garcia, Antonio Augusto Franco (President)
Giordani, Willian
Reis, Luciana Lasry Benchimol
Title in English
Genetic architecture of root-knot nematode resistance in common beans
Keywords in English
Meloidogyne incognita
Phaseolus vulgaris L.
Candidate genes
QTL mapping
Abstract in English
The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a crop used for direct human consumption. The grain covers essential micronutrients and valuable protein content, thus contributing to food security in developing countries. However, attacks by root-knot nematode (RKN - Meloidogyne incognita) threaten common bean cultivation, causing substantial yield losses. Undoubtedly, crop resistance is an outstanding approach for suppressing nematode infection. To give continuity to our previous studies for unveiling the genetic architecture of typical bean response to RKN (race 3 of Meloidogyne incognita), contrasting genotypes were identified and crossed. The segregating population (F2), which consisted of 388 individuals, was genotyped using GBS (genotyping-by-sequencing), and a customized high-throughput phenotyping approach was developed to acquire trait data for a subset of 200 F2:3 families. The traits egg mass (EM), root-galling index (RG), and root dry mass (RM) were evaluated over time within greenhouse conditions under a completely randomized design with ten replicates. Linkage and quantitative trait loci (QTL) mapping were carried out, and functional mapping of the associated regions was used for candidate genes discovery. A total Linkage map resulting in 954 SNPs assigned to 11 linkage groups totaling 1,687 cM was used as a basis for Composite Interval Mapping (CIM) and Multiple Interval Mapping (MIM), identifying four major QTLs (Pv03, Pv05, Pv08 and Pv10). The selected model was used to calculate the genotypic values of individuals, with the marker-assisted selection (MAS) approach, arriving at a list of the top 10 genotypes for use in MAS. The correlation between observed and predicted values was 0.72, considered high; the result shows the relevance of the model. Candidate genes were identified in response to GI, with domains related to WRKY and MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) cascades. This work represents a significant step in understanding the genetic architecture of RNK resistance in the common bean. It sets the stage for implementing MAS in a breeding population against pathogen resistance in the bean family.
Title in Portuguese
Arquitetura genética da resistência ao nematóide de galhas em feijoeiro comum
Keywords in Portuguese
Meloidogyne incognita
Phaseolus vulgaris L.
Genes candidatos
Mapeamento de QTLs
Abstract in Portuguese
O feijão comum (Phaseolus vulgaris L.) é uma cultura utilizada para consumo humano direto. O grão contém micronutrientes essenciais e um valioso conteúdo proteico, contribuindo assim para a segurança alimentar nos países em desenvolvimento. No entanto, os ataques do nematóide das galhas (RKN - Meloidogyne incognita) representam uma ameaça ao cultivo do feijão comum, causando perdas substanciais de rendimento. Sem dúvida, a resistência das culturas é uma excelente abordagem para suprimir a infecção por nematoides. Para dar continuidade aos nossos estudos anteriores no que tange a arquitetura genética da resposta do feijoeiro ao RKN - raça 3, genótipos contrastantes foram identificados e cruzados. A população segregante (F2), que consistia em 388 indivíduos, foi genotipada usando GBS (genotipagem por sequenciamento), e uma abordagem personalizada de fenotipagem de alto rendimento foi desenvolvida para adquirir dados de características para um subconjunto de 200 famílias F2:3. As características massa de ovos (EM), índice de galhas (GI) e massa seca radicular (RM) foram avaliadas ao longo do tempo em condições de casa de vegetação sobre um delineamento inteiramente casualizados com dez repetições. Foi realizado a construção de um mapa de ligação e mapeamento de QTLs (quantitative trait loci), e o mapeamento funcional das regiões associadas foi utilizado para descoberta de genes candidatos. Um mapa de ligação resultando em 954 SNPs atribuídos a 11 grupos de ligação totalizando 1.687 cM foi usado como base para o Mapeamento de Intervalo Composto (CIM) e Mapeamento de Intervalo Múltiplo (MIM), identificando quatro QTLs principais (Pv03, Pv05, Pv08 e Pv10). O modelo selecionado foi usado para calcular os valores genotípicos dos indivíduos, dentro do enfoque de seleção assistida por marcadores moleculares (MAS), chegando a uma lista de top 10 genótipos para uso em MAS. A correlação entre valores observados e valores preditos foi de 0.72, considerada alta, o resultado mostra a relevância do modelo. Genes candidatos foram identificados em resposta ao GI, com domínios relacionados às cascatas WRKY e MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase). Este trabalho representa um passo significativo na compreensão da arquitetura genética da resistência a RNK no feijoeiro comum. Ele prepara o terreno para a implementação do MAS em uma população segregante para a resistência a patógenos na família do feijão.
 
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Release Date
2025-10-30
Publishing Date
2024-01-08
 
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