Identification of resistance genes to foliar diseases in synthetics hexaploid wheats.

Abstract

En los últimos años, las enfermedades foliares se han vuelto cada vez más relevantes en la producción de trigo, lo que ha llevado a una limitación significativa en el rendimiento y la calidad del grano. El trigo hexaploide sintético (SHW por sus siglas en ingles) ha demostrado una resistencia efectiva a una diversidad de enfermedades e insectos. La mancha bronceada (TS por sus siglas en ingles), causada por Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, es una importante enfermedad foliar que puede atacar todo tipo de trigo y varias gramíneas. Por otro lado, Spot blotch (SB por sus siglas en inglés) es causado por Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem syn. Drechslera sorokiniana (Sacc.) es una enfermedad fúngica destructiva en regiones húmedas y de altas temperaturas que afecta al trigo y muchos otros cultivos. En este estudio, se evaluó la resistencia/susceptibilidad a TS y SB en un panel diverso de 443 líneas SHW en condiciones ambientales controladas. Además, se realizó un estudio de mapeo de asociación de todo el genoma (GWAS por sus siglas en inglés) mediante el genotipado de todas las entradas con la tecnología DArTSeq para identificar asociaciones de rasgos de marcador para TS y SB. En TS de las 443 plantas SHW, 233 mostraron reacciones resistentes y 183 moderadamente resistentes, y solo 27 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a TS. En el caso de SB, 250 líneas SHW mostraron reacciones resistentes y 161 moderadamente resistentes, y solo 30 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a SB. Los progenitores de trigo duro (DW por sus siglas en inglés) de los SHW se mostraron moderadamente susceptibles a reacciones susceptibles. En el GWAS para TS se encontraron un total de 30 asociaciones significativas marcador-rasgo en los cromosomas 1B (4 marcadores), 1D (1 marcador), 2A (1 marcador), 2D (2 marcadores), 3A (4 marcadores), 3D (3 marcadores) 4B (1 marcador), 5A (4 marcadores), 6A (6 marcadores), 6B (1 marcador) y 7D (3 marcadores). Se identificaron un total de 41 marcadores significativos relacionados con las resistencias a SB, 5 marcadores se encontraron en el cromosoma 1B y 3 en el cromosoma 1D. Los cromosomas 2A y 2D tenían 3 QTL cada uno, mientras que el 2B tenía dos QTL. Se detectaron dos marcadores cerca de cada uno en el cromosoma 3A, también se identificaron 3 marcadores en el cromosoma 3B y 2 en el cromosoma 3D. Mientras que 4 marcadores significativos están en el cromosoma 4A y 2 en el 4D, los cromosomas 5A y 5D contenían dos pares de marcadores significativos. El cromosoma 6D tenía 1 QTL significativo, y los cromosomas 7A y 7D tenían 3 marcadores significativos cada uno y el 7B solo 1 QTL. El aumento de la resistencia en SHW en comparación con los progenitores DW, junto con la asociación significativa de resistencia con el genoma A y B, apoyó el concepto de activación de la interacción de la epistasis en los tres genomas de trigo. Los genes candidatos para TS y SB que juegan un papel importante en la resistencia al estrés biótico se identificaron para los marcadores significativos. Las líneas SHW resistentes identificadas se pueden implementar en el mejoramiento de trigo para ambas enfermedades foliares. En los últimos años, las enfermedades foliares se han vuelto cada vez más relevantes en la producción de trigo, lo que ha llevado a una limitación significativa en el rendimiento y la calidad del grano. El trigo hexaploide sintético (SHW por sus siglas en ingles) ha demostrado una resistencia efectiva a una diversidad de enfermedades e insectos. La mancha bronceada (TS por sus siglas en ingles), causada por Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, es una importante enfermedad foliar que puede atacar todo tipo de trigo y varias gramíneas. Por otro lado, Spot blotch (SB por sus siglas en inglés) es causado por Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem syn. Drechslera sorokiniana (Sacc.) es una enfermedad fúngica destructiva en regiones húmedas y de altas temperaturas que afecta al trigo y muchos otros cultivos. En este estudio, se evaluó la resistencia/susceptibilidad a TS y SB en un panel diverso de 443 líneas SHW en condiciones ambientales controladas. Además, se realizó un estudio de mapeo de asociación de todo el genoma (GWAS por sus siglas en inglés) mediante el genotipado de todas las entradas con la tecnología DArTSeq para identificar asociaciones de rasgos de marcador para TS y SB. En TS de las 443 plantas SHW, 233 mostraron reacciones resistentes y 183 moderadamente resistentes, y solo 27 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a TS. En el caso de SB, 250 líneas SHW mostraron reacciones resistentes y 161 moderadamente resistentes, y solo 30 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a SB. Los progenitores de trigo duro (DW por sus siglas en inglés) de los SHW se mostraron moderadamente susceptibles a reacciones susceptibles. En el GWAS para TS se encontraron un total de 30 asociaciones significativas marcador-rasgo en los cromosomas 1B (4 marcadores), 1D (1 marcador), 2A (1 marcador), 2D (2 marcadores), 3A (4 marcadores), 3D (3 marcadores) 4B (1 marcador), 5A (4 marcadores), 6A (6 marcadores), 6B (1 marcador) y 7D (3 marcadores). Se identificaron un total de 41 marcadores significativos relacionados con las resistencias a SB, 5 marcadores se encontraron en el cromosoma 1B y 3 en el cromosoma 1D. Los cromosomas 2A y 2D tenían 3 QTL cada uno, mientras que el 2B tenía dos QTL. Se detectaron dos marcadores cerca de cada uno en el cromosoma 3A, también se identificaron 3 marcadores en el cromosoma 3B y 2 en el cromosoma 3D. Mientras que 4 marcadores significativos están en el cromosoma 4A y 2 en el 4D, los cromosomas 5A y 5D contenían dos pares de marcadores significativos. El cromosoma 6D tenía 1 QTL significativo, y los cromosomas 7A y 7D tenían 3 marcadores significativos cada uno y el 7B solo 1 QTL. El aumento de la resistencia en SHW en comparación con los progenitores DW, junto con la asociación significativa de resistencia con el genoma A y B, apoyó el concepto de activación de la interacción de la epistasis en los tres genomas de trigo. Los genes candidatos para TS y SB que juegan un papel importante en la resistencia al estrés biótico se identificaron para los marcadores significativos. Las líneas SHW resistentes identificadas se pueden implementar en el mejoramiento de trigo para ambas enfermedades foliares. los últimos años, las enfermedades foliares se han vuelto cada vez más relevantes en la producción de trigo, lo que ha llevado a una limitación significativa en el rendimiento y la calidad del grano. El trigo hexaploide sintético (SHW por sus siglas en ingles) ha demostrado una resistencia efectiva a una diversidad de enfermedades e insectos. La mancha bronceada (TS por sus siglas en ingles), causada por Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs, es una importante enfermedad foliar que puede atacar todo tipo de trigo y varias gramíneas. Por otro lado, Spot blotch (SB por sus siglas en inglés) es causado por Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem syn. Drechslera sorokiniana (Sacc.) es una enfermedad fúngica destructiva en regiones húmedas y de altas temperaturas que afecta al trigo y muchos otros cultivos. En este estudio, se evaluó la resistencia/susceptibilidad a TS y SB en un panel diverso de 443 líneas SHW en condiciones ambientales controladas. Además, se realizó un estudio de mapeo de asociación de todo el genoma (GWAS por sus siglas en inglés) mediante el genotipado de todas las entradas con la tecnología DArTSeq para identificar asociaciones de rasgos de marcador para TS y SB. En TS de las 443 plantas SHW, 233 mostraron reacciones resistentes y 183 moderadamente resistentes, y solo 27 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a TS. En el caso de SB, 250 líneas SHW mostraron reacciones resistentes y 161 moderadamente resistentes, y solo 30 fueron moderadamente susceptibles o susceptibles a SB. Los progenitores de trigo duro (DW por sus siglas en inglés) de los SHW se mostraron moderadamente susceptibles a reacciones susceptibles. En el GWAS para TS se encontraron un total de 30 asociaciones significativas marcador-rasgo en los cromosomas 1B (4 marcadores), 1D (1 marcador), 2A (1 marcador), 2D (2 marcadores), 3A (4 marcadores), 3D (3 marcadores) 4B (1 marcador), 5A (4 marcadores), 6A (6 marcadores), 6B (1 marcador) y 7D (3 marcadores). Se identificaron un total de 41 marcadores significativos relacionados con las resistencias a SB, 5 marcadores se encontraron en el cromosoma 1B y 3 en el cromosoma 1D. Los cromosomas 2A y 2D tenían 3 QTL cada uno, mientras que el 2B tenía dos QTL. Se detectaron dos marcadores cerca de cada uno en el cromosoma 3A, también se identificaron 3 marcadores en el cromosoma 3B y 2 en el cromosoma 3D. Mientras que 4 marcadores significativos están en el cromosoma 4A y 2 en el 4D, los cromosomas 5A y 5D contenían dos pares de marcadores significativos. El cromosoma 6D tenía 1 QTL significativo, y los cromosomas 7A y 7D tenían 3 marcadores significativos cada uno y el 7B solo 1 QTL. El aumento de la resistencia en SHW en comparación con los progenitores DW, junto con la asociación significativa de resistencia con el genoma A y B, apoyó el concepto de activación de la interacción de la epistasis en los tres genomas de trigo. Los genes candidatos para TS y SB que juegan un papel importante en la resistencia al estrés biótico se identificaron para los marcadores significativos. Las líneas SHW resistentes identificadas se pueden implementar en el mejoramiento de trigo para ambas enfermedades foliares. _______________ IDENTIFICATION OF RESISTANCE GENES TO FOLIAR DISEASES IN SYNTHETICS HEXAPLOID WHEATS. ABSTRACT: In recent years, foliar diseases have become relevant in wheat production, leading to significant limitation to grain yield and grain quality. Synthetic hexaploid wheat (SHW) has shown effective resistance to a diversity of diseases and insects. Tan spot (TS) caused by Pyrenophora tritici-repentis (Died.) Drechs is an important foliar disease that attack all types of wheat and several grasses. Spot blotch (SB) caused by Bipolaris sorokiniana (Sacc.) Shoem syn. Drechslera sorokiniana (Sacc.) is a destructive fungal disease in humid and high temperature regions affecting wheat and many other crops. In this research, a diverse panel of 443 SHW lines were evaluated for their resistance/susceptibilityto TS and SB under controlled environmental conditions. Additionally, a genome-wide association mapping (GWAS) study was conducted by genotyping all entries with the DArTSeq technology to identify marker-trait associations for TS and SB. In TS of the 443 SHW plants, 233 showed resistant and 183 moderately resistant reactions, and only 27 were moderately susceptible or susceptible to TS. In the case of SB, 250 SHW lines showed resistant and 161 moderately resistant reactions, and only 30 were moderately susceptible or susceptible to SB. Durum wheat parents of the SHW showed moderately susceptible to susceptible reactions. In the GWAS for TS a total of 30 significant marker-trait associations were found on chromosomes 1B (4 markers), 1D (1 marker), 2A (1 marker), 2D (2 markers), 3A (4 markers), 3D (3 markers) 4B (1 marker), 5A (4 markers), 6A (6 markers), 6B (1 marker) and 7D (3 markers). A total of 41 significant markers related to resistances to SB were identified, 5 markers were found in chromosome 1B and 3 in chromosome 1D. Chromosomes 2A and 2D had 3 QTLs each, whereas 2B had two QTLs. Two markers near each were detected in chromosome 3A, also 3 markers were identified in chromosome 3B, and 2 in chromosome 3D. While 4 significant markers are in chromosome 4A and 2 in 4D, chromosomes 5A and 5D contained two pairs of significant markers. Chromosome 6D had 1 significant QTL, and chromosomes 7A and 7D had 3 markers significant markers each and 7B only 1 QTL. Increased resistance in the SHW in comparison to the DW parents, along with the significant association of resistance with the A and B genome, supported the concept of activating epistasis interaction across the three wheat genomes. Candidate genes for TS and SB that play significant roles in biotic stress resistance were identified for the significant markers. The identified resistant SHW lines can be deployed in wheat breeding for both foliar diseases.