Desarrollo y validación de marcadores moleculares para identificar genotipos de maíz de calidad proteínica

Abstract

El maíz (Zea mays L.) de calidad proteínica (QPM) es nutricionalmente superior en comparación con el maíz normal, porque produce semillas con casi el doble de los aminoácidos (aa) lisina (Lys) y triptófano (Trp), esenciales para la síntesis endógena de la vitamina B niacina. Actualmente, la conversión de una línea de maíz normal a una QPM, se acelera mediante la selección asistida por marcadores moleculares (MAS) y métodos de detección química. En este estudio se reporta el desarrollo y validación de marcadores basados en polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) para los loci opaque-2 (o2) y Ask-2, involucrados en la genética de los QPM, así como la interacción de ambos loci para el contenido de 11 aa en el endospermo de dos poblaciones F2 de maíz, derivadas de las cruzas CML172 x CML323 y CLQRCWQ26 x La Posta Sequía. Se identificó un SNP (C>T) en el primer exón del gen o2 después de analizar las secuencias de dos fragmentos genómicos de 16 líneas de maíz. Este SNP fue consistente en las líneas QPM examinadas, pero fue diferente en las líneas normales. Se encontró que este SNP fue 88.3% asertivo para discriminar los genotipos QPM de los no QPM en 88 líneas genotipificadas con tecnología KASP™. Por otra parte, se desarrolló un marcador basado en PCR para un SNP (A>T) reportado en la región 3´del locus Ask-2. Este nuevo marcador permitió explorar la variación natural de este gen en 82 líneas de maíz, empleando un nuevo procedimiento SSCP reportado también aquí. Cinco variantes SSCP se pudieron visualizar; una de ellas, identificó a cuatro líneas QPM con los contenidos más altos de Trp. Finalmente, la interacción de los loci o2 y Ask-2 mostró que el gen o2 en forma recesiva incrementó la concentración de los aa en las tres clases genotípicas de Ask-2 en la población CML172 x CML323. _______________ DEVELOPMENT AND VALIDATION OF MOLECULAR MARKERS TO IDENTIFY QUALITY PROTEIN MAIZE GENOTYPES. ABSTRACT: Quality maize (Zea mays L.) protein (QPM) is nutritionally superior in comparison to normal maize, since it produces kernels with nearly twice the levels of lysine (Lys) and tryptophan (Trp), which are essentials amino acids (aa) for endogen synthesis of B vitamin niacin. Currently, the conversion of a normal line of maize into a QPM one has been accelerated by means of marker-assisted selection (MAS) and chemical detection methods. In this study we report the development and validation of single nucleotide polymorphism (SNP) markers for both opaque-2 (o2) and Ask-2 loci, involved in the genetic basis of QPM, we also report the interaction between both loci for the content of 11 aa in the endosperm of two F2 maize populations derived from the CML172 x CML323 and CLQRCWQ26 x La Posta Sequía crosses. A SNP (C>T) in the first exon of o2 was identified after analyzing sequences of two genomic fragments of 16 maize inbred lines. This SNP was consistent in all examined QMP lines, but it was different in the normal maize lines. After genotyping 88 maize inbred lines with KASP™ technology, it was found that this SNP was 88.3% assertive to discriminate QPM genotypes and non QPM genotypes. On the other hand, a PCR-based marker was developed from a SNP (A>T) reported in the 3´region of Ask-2 locus. This novel marker allowed exploring the natural variation of this gen in a set of 82 maize inbred lines through a new DNA-single-strand conformational polymorphism (SSCP) procedure, also reported here. Five SSCP variants were visualized; one these variants identified four QPM lines with the highest Trp levels. Finally, the interaction between o2 and Ask-2 loci showed that o2 in a recessive form increased the aa level in all three genotypic classes of Ask-2 in the CML172 x CML323 population.