Mapeo de genes de resistencia a las tres royas del trigo (Triticum aestivum L.) en la población F6APAV #1 x KIJIL.

Abstract

La línea de trigo harinero (Triticum aestivum L.) 'Kijil' desarrollada en el CIMMYT, mostró niveles adecuados de resistencia en planta adulta para roya de la hoja, roya amarilla y roya del tallo en ambientes evaluados en México. La base genética de su resistencia se estudió utilizando 198 líneas recombinantes (RIL) derivadas de la cruza del padre resistente "Kijil" con el padre susceptible "Apav #1". Los padres y las RILs se evaluaron en ensayos de campo realizados en El Batán, Toluca y Ciudad Obregón, México para roya de la hoja (4 ambientes), roya amarilla (6 ambientes) y roya del tallo (2 ambientes) durante 2016 y 2017. Adicionalmente, se realizó un ensayo en invernadero en El Batán para evaluar resistencia a roya del tallo en 2017. La población RIL de Apav #1 × Kijil y los padres fueron genotipeados con marcadores vinculados para la identificación de líneas para presencia o ausencia de Sr2/Yr30 (gwm533 & csSr2), Lr46/Yr29 (csLV46 & csLVG22) y Lr37/ Yr17 (cslVrga & VENTRIUP-LN2). Al eliminar las líneas heterocigotas, se genotipeó un conjunto seleccionado de 125 RILs negativas a Lr37/Yr17, utilizando marcadores DArT-GBS, y se usaron datos genotípicos y fenotípicos para el análisis de QTL. Finalmente, se construyó un mapa genético de 6168.0 cM (1824.2, 3883.7 y 460.1 cM para los genomas A, B y D, respectivamente) utilizando 5,890 marcadores polimórficos (4,338 PAVs, 1,548 SNPs, gwm533, csSr2, csLV46 y csLV46G22). El análisis genético indicó que la resistencia a roya de la hoja está determinada por 3 a 4 genes, al igual que para roya amarilla. A través del mapeo de intervalo compuesto inclusivo (ICIM), se detectaron dos loci de resistencia para roya de la hoja, QLr.cim-1DS y QLr.cim-5AS en los cromosomas 1DS y 5AS, respectivamente; para roya amarilla, dos loci localizados en el cromosoma 3BS, correspondientes a Yr30 y QYr.cim-3BS. Además, se identificó un locus de resistencia a roya de la hoja y roya amarilla co-localizado en el cromosoma 1BL (correspondiente a Lr46/Yr29). Estos QTLs se derivaron de Kijil. Asimismo, se identificaron 3 QTLs derivados de Apav #1 de efectos menores para resistencia a roya de la hoja: QLr.cim-1AL, QLr.cim-2AL y QLr.cim-2BL en los cromosomas 1AL, 2AL y 2BL, respectivamente. La genética de la resistencia a roya del tallo se investigó en una subpoblación F6 de 99 familias derivadas de la cruza Apav #1 × Kijil. El análisis genético indicó que existen cuatro genes de raza específica que confieren resistencia en plántula. Un primer gen se identificó como Sr38 y los demás se designaron temporalmente como SrKj;1, SrKj22+ y SrKjX-, de acuerdo con los tipos de infección registrados. Para corroborar el efecto en planta adulta de los genes de raza específica, se observó que las familias positivas a Sr38, mostraron niveles de infección de 0-20 %, mientras que las familias portadoras de los genes SrKj;1, SrKj22+ y SrKjX- presentaron rangos de 1-30 %, 30-60 % y 1-30 %, respectivamente. Por otra parte, se determinó que existen tres genes menores que confieren resistencia en planta adulta, entre ellos Sr2 y Sr58. Las familias positivas a Sr58 mostraron severidades de 30-90 % y sólo una presentó 5 %; aquellas positivas a Sr2+Sr58 presentaron 60-100 %. La línea de trigo harinero ‘Kijil’ puede servir como una fuente potencial de resistencia a las tres royas en un programa de mejoramiento, ya que esta resistencia puede transferirse fácilmente a otro germoplasma de trigo a través de la selección asistida por marcadores (MAS). _______________ MAPPING OF GENES OF RESISTANCE TO THE THREE RUSTS OF BREAD WHEAT (Triticum aestivum L.) IN THE F6 APAV #1 × KIJIL POPULATION. ABSTRACT: Bread wheat (Triticum aestivum L.) line ‘Kijil’ developed at CIMMYT showed adequate levels of adult plant resistance to leaf rust, stripe rust and stem rust in Mexican testing environments. The genetic basis of this resistance was revealed using 198 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross of resistant parent ‘Kijil’ with the susceptible parent ‘Apav’. The parents and RILs were phenotyped in the field trials conducted at El Batan, Toluca and Ciudad Obregon, Mexico for leaf rust (4 seasons), yellow rust (6 seasons) and stem rust (2 seasons) during 2016 and 2017. Additionally, one trial was carried out in greenhouse at El Batán for evaluation to stem rust. The Apav × Kijil RIL population and parents were genotyped with gene linked markers for identification of lines for presence or absence of Sr2/Yr30 (gwm533 & csSr2), Lr46/Yr29 (csLV46 & csLVG22) and Lr37/Yr17 (cslVrga & VENTRIUP-LN2). Upon eliminating heterogenous lines, a selected set of 125 Apav × Kijil RILs not carrying positive allele for Lr37/Yr17-linked markers (cslVrga & VENTRIUP-LN2) was genotyped using DArT-GBS markers, and their genotypic and phenotypic data was used for QTL analysis. Finally, a genetic linkage map of 6168.0 cM (1824.2, 3883.7 and 460.1 cM for A, B and D genomes, respectively) was constructed using 5,890 polymorphic markers (4,338 PAVs, 1,548 SNPs, gwm533, csSr2, csLV46 and csLV46G22). Two leaf rust resistance loci, QLr.cim-1DS and QLr.cim-5AS on chromosomes 1DS and 5AS, respectively, and a yellow rust resistance locus QYr.cim-3BS on chromosome 3BS were detected through inclusive composite interval mapping (ICIM). In addition, a co-located resistance locus to both leaf rust and yellow rust on chromosome 1BL (corresponding to Lr46/Yr29), and a yellow rust resistance locus on chromosome 3BS (corresponding to Yr30) were also identified. These QTLs were derived from Kijil. Parent Apav-derived 3 minor effect QTLs for leaf rust resistance namely; QLr.cim-1AL, QLr.cim-2AL and QLr.cim-2BL on chromosomes 1AL, 2AL and 2BL, respectively, were also identified. Genetics of resistance to stem rust was investigated in a F6 population of 99 families derived from a cross between Apav #1 and Kijil.. Genetic analysis indicated that there are four race-specific genes that confer resistance in seedling stage. A first gene was identified as Sr38 and the others were designated temporarily as SrKj;1, SrKj22+ and SrKjX-, according to the infection types recorded. In order to corroborate the effect of race-specific genes in adult plant, it was observed that families positive to Sr38, showed levels of infection of 0-20 %, while families carrying SrKj;1, SrKj22+ and SrKjX- genes presented ranges of 1-30 %, 30-60 % and 1-30 %, respectively. On the other hand, it was determined that there are three minor genes that confer resistance in adult plant stage, among them Sr2 and Sr58. Families positive to Sr58 displayed severities of 30-90 % and only one presented 5 %; those positive for Sr2+Sr58 presented 60-100 %. Bread wheat line Kijil can serve as a potential source of LR and YR resistance in a breeding program as this resistance can be easily transferred to other wheat germplasm through marker assisted selection (MAS).