Regiones genómicas asociadas a la resistencia a insectos y al rendimiento en maíz

Resumen

El taladro mediterráneo del maíz (MCB), Sesamia nonagrioides, es la plaga más importante del maíz, Zea mays, en los países mediterráneos, causando pérdidas significativas de rendimiento. El conocimiento avanzado sobre la genómica de la resistencia natural del maíz al taladro podría ayudar a diseñar programas de mejora para obtener variedades con mayor resistencia y/o tolerancia a los ataques del taladro. El objetivo principal de este estudio fue validar QTL (“quantitative trait loci”) previamente detectados e identificar QTL y genes para resistencia y caracteres agronómicos bajo alta infestación con S. nonagrioides. Para ello utilizamos tres poblaciones de mapeo: HIF (“heterogeneous inbred families”), RIL (“recombinant inbred lines”) y MAGIC (“multi-parent advanced generation inter-cross”). La población HIF se utilizó para validar QTL para longitud de galerías, rendimiento y floración, previamente detectados en el análisis de la población RIL de mapeo EP42 × EP39. La ubicación y el efecto del QTL para rendimiento de grano se confirmaron en el análisis de la población HIF. La fijación fuera de la región objetivo llevó a un aumento en la proporción de la varianza fenotípica explicada por el QTL (de 10,7% a 34,9%). Sin embargo, el QTL de longitud de galerías no fue validado probablemente debido a la fijación de genes relacionados con la resistencia al taladro del maíz o la floración. Por otra parte, el análisis HIF permitió la detección de nuevos QTL uno para la altura de la planta, no detectado previamente probablemente debido al efecto confundido de QTL múlti segregantes, y otro QTL para la longitud de galerías, en una región no genotipada en la población biparental original. Un segundo estudio se realizó con una población RIL con 162 líneas obtenidas de la cruza A637 × A509. Esta investigación se realizó para identificar QTL para la resistencia a S. nonagrioides y caracteres agronómicos. Además, se utilizaron cuatro índices para identificar QTL para mejorar dos o más caracteres simultáneamente. Se detectaron 12 QTL significativos para caracteres agronómicos y de resistencia. Los QTL en los bins 1.10 y 5.04 fueron interesantes porque la misma variante alélica en estos QTL mejoró simultáneamente el rendimiento y la resistencia a los insectos. Se encontraron algunos QTL para índices que combinan características de rendimiento y resistencia, especialmente en la región 10.02-10.03. La selección de genotipos con el alelo favorable del QTL en el cromosoma 5 (bin 5.01) reducirá la longitud de galerías sin afectar al rendimiento, la floración y la altura de planta y el QTL en la región 5.04 podría utilizarse para mejorar la resistencia del tallo y el rendimiento simultáneamente. El alelo del QTL en la región 1.10 podría mejorar la resistencia en mazorca, en tallo y el rendimiento, sin efectos negativos secundarios sobre otros caracteres. Una tercera investigación consistió en un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) en una población MAGIC con 607 líneas. Esta población se construyó con 8 padres (A509, EP125, EP86, PB130, F473, EP53, EP17 y EP43) con diferentes mecanismos de resistencia a S. nonagrioides y diferentes orígenes: EP17, EP43, EP53, EP86; PB130 y F473 provienen de germoplasma europeo; y A509 y EP125 de germoplasma de Estados Unidos. En este estudio se utilizaron dos conjuntos de datos con 29.292 y 224.363 SNPs (“single nucleotide polymorphisms”). En la población MAGIC identificamos 9 SNPs para resistencia en grano, correspondiente a 7 QTL en los que hay 6 genes candidatos con función descrita. También se encontraron 75 SNPs para altura de planta correspondiente a 48 QTL. Para floración se encontraron 47 SNPs significativos y 34 QTL. Para longitud de galerías se encontraron 5 SNPs significativos y 5 QTL con 9 genes candidatos con función descrita. Finalmente, para rendimiento de grano se encontraron 28 SNPs significativos y 15 QTL. La longitud de las galerías está positivamente correlacionada con el rendimiento, esto podría deberse a la relación de ambos caracteres con la altura de planta. Para resistencia en grano se localizó un gen candidato GRMZM2G178190 que codifica para una proteína macrofágica asociada a la resistencia natural. Para longitud de galerías se localizó el gen candidato GRMZM2G057140 que codifica una enzima: fosfatasa ácida, utilizada en la regeneración de la pared celular de las plantas. El papel de la pared celular como defensa frente al ataque de los taladros ya ha sido descrito, en concreto para la PB130 y la EP125, ambas parentales de la MAGIC. Con los 5 QTL detectados para longitud de galerías es posible diseñar un programa de mejora genética con MAS (“marker assisted selection”) para disminuir la longitud de galerías sin descuidar los QTL de mayor efecto en rendimiento, mejorando así favorablemente ambos caracteres.