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Aplicaciones moleculares al mejoramiento genético de papa
Manuel Muñoz David - INIA Remehue
4 de Septiembre de 2014
Laboratorio de Biotecnología aplicada al mejoramiento genético de papa
Asistir el proceso de desarrollo de variedades de papa mediante marcadores moleculares Equipo técnico:
Manuel Muñoz
Carolina Folch
Desarrollo de Variedades
Objetivos
¿Diversidad genética existente?
Elección de progenitores
Herramientas de selección
Programa de producción de semilla
Objetivos del mejoramiento genético de papa
Consumo fresco Color de piel
Forma
Rendimiento
Tamaño promedio
Firmeza a la cocción
Sabor French Fry
Calidad para frituraTipo Hojuela
Tipo bastón
Objetivos del mejoramiento genético de papa
Resistencia a enfermedades
VIRUS Tizón Tardío
Objetivos definidos por el mercado y necesidades de los productores
Esquema del proceso de mejoramiento genético de papa
AÑO Genotipos diferentes
Tubérculos de cada genotipos
1 30.000 1
2 3.000 3
3 2.000 15
4 800 30
5 150 50
6 o más 50 200
7 o más 3 cientos
8 o más variedad miles
Objetivos del área molecular
Objetivo general: Desarrollar métodos moleculares eficientes de
caracterización e identificación de genotipos (progenitores y progenies segregantes) resistentes a enfermedades (P. infestans, nemátodo dorado y virus) y con colores de piel y pulpa para acelerar la generación de nuevas variedades.
Desarrollo de Variedades: Uso de MM
Objetivos
¿Diversidad genética existente?
Elección de progenitores
Herramientas de selección
Programa de producción de semilla
Colección nativa, análisis 798 accesiones nativas y comerciales
Colección unica
DuplicadosDiversidad genética
Colección Remehue
Comerciales y nativos
Colección SAG
Colección Puqueldón
Metodología
Implementación de marcadores SSR en accesiones
Registro de alelos presentes para cada marcador en cada accesión
Matriz presencia ausencia alelos dominantes (1, 0); Total 36 alelos.
Indice de similitud de Jackard (Darwin, software) PCA análisis, dendogramas (NJ; UPGMA)
Colección nativa: Proximidad genética de materiales
-0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Remehue nativosSAGPuqueldón
Papa nativa Chilena
Colección Remehue
N° Total Accesiones 332
N° de genotipos diferentes 202
N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección SAG 34
Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN y morfologico 45
N° de accesiones involucradas en grupos 177
Colección SAG
N° Total Accesiones 308
N° de genotipos diferentes 258
N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección Remehue 55
Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN 36
N° de accesiones involucradas en grupos 86
Colección Puqueldón
N° Total Accesiones 158
N° de genotipos diferentes 155
N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección Remehue 0
N° de genotipos con igual perfil de ADN con colección SAG 1
Grupos de 2 o mas accesiones con igual perfil ADN 3
N° de accesiones involucradas en grupos 6
Datos preliminares, colección nativa
Proyección para la línea de investigación: conocimiento de la diversidad genética
Conocimiento de diversidad y estructura genética Patrones moleculares de genotipos selectos con
fines de trazabilidad Identificación de SNPs asociados a genes
responsables del color de pulpa Identificación de SNPs asociados a tolerancia a
stress abiótico
Desarrollo de Variedades
Objetivos
¿Diversidad genética existente?
Elección de progenitores
Herramientas de selección
Programa de producción de semilla
Elección de progenitores
Importancia de la dosis alélica
Aa x aa
50% A_ 50% aa
Aaaa x aaaa
50% A… 50%aaaa
AAAA x aaaa
100% A…
Aumento de la frecuencia del alelo de interés en la progenie
Ensayo molecular, N° alelos por locus Gen drf biosíntesis de antocianinas
qPCR, sondas Taqman gen dfr 2 genotipos de n° alelos conocido, 3 réplicas
técnicas
Nuliplex
SimplexDuplex¿Triplex, cuadruplex?
Relación entre los valores Ct producto de la amplificación con las sondas taqman asociadas a los fluoróforos VIC y FAM en 6 genotipos con distinto plex number.
Plex number Variedad (Ct VIC)/(Ct FAM)
simplex Yagana 0,948 ± 0,003 c
simplex Kathadin 0,957 ± 0,001 c
duplex NY118 1,055 ± 0,004 b
duplex Pike 1,069 ± 0,001 b
triplex Nardona 1,183 ± 0,009 a
triplex Superior 1,198 ± 0,007 a
Este ensayo puede ser usado para seleccionar progenitores que transmitan en alta frecuencia el color rojo de piel a la descendencia
Ensayos moleculares para detección de alelos relacionados con la biosíntesis de carotenoidesMarcador CHY2
(Dosis del alelo 3)
N Indice YIE313 Color de pulpa
nulex 3 30,5 ± 2,2 b
duplex 6 51,2 ± 0,9 a
triplex 4 52,8 ± 1,7 a
duplex-triplex 1 53,6 ± 0,7 a
simplex 1 57,9 ± 1,1 a
Este ensayo puede ser usado para seleccionar progenitores que transmitan en alta frecuencia el color amarillo de pulpa a la descendencia
Desarrollo de Variedades
Objetivos
¿Diversidad genética existente?
Elección de progenitores
Herramientas de selección
Programa de producción de semilla
Selección para resistencia a tizón tardío
Introgresión simultánea de genes R, piramidización
Cruzamiento de variedades y genotipos diferenciales
Rastreo de genes mayores (Genes R) en progenie segregante
Metodologia
Estandarización de marcadores descritos en la literatura Extracción ADN, PCR, visualización
Implementación de marcadores en familias segregantes de cruzas controladas Rastreo de genes R, desde S. demissum
Evaluaciones fenotípicas Porcentaje infección de la hoja por planta
Rendimiento en tubérculos/planta
Peso promedio tubérculo
Registro de aspecto (fotográfico)
ResultadosSeveridad infección en genotipos portadores de genes R
Genes R N AUDPC Error Estan Grupo LSD
R2 4 2,37 1,54 a
R1 R2 4 8,75 3,51 a
R3A R3B R1 R2 13 11,69 6,09 a
R3A R3B R2 8 16,84 5,40 a
R8? 8 92,00 31,66 a
R3A R3B R1 13 101,01 55,74 a
R3A R3B R8? 4 206,56 85,84 ab
R3A R3B 14 371,19 127,28 b
R3A 3 539,16 385,8 bc
No detectados 19 750,23 97,74 c
Adicionalmente se cuenta con las siguientes herramientas moleculares
Se cuenta con marcadores moleculares implementados para la detección de resistencia a nemátodo dorado (gen H1), virus X (Rx2) y Virus Y (Ryadg)
En líneas avanzadas del programa de mejoramiento se encuentra en alta frecuencia el gen H1 y el gen Rx2 (sobre 30%). El gen Ryadg está en baja frecuencia (3,6%)
Desarrollo de Variedades
Objetivos
¿Diversidad genética existente?
Elección de progenitores
Herramientas de selección
Programa de producción de semilla
Patrones moleculares para la trazabilidad de la identidad genética de líneas y variedades Establecimiento de bases de datos de presencia
de alelos en materiales genéticos
Patrón molecular de línea R91193-1 con 6 marcadores microsatélites
Marcador Tamaño de alelos presentes en R91193, en pares de bases (pb)
STI0030 125 112* 109 104
STM0037 99/100* 93
STM1052 267 243 226
STM1104 186
STM1106 175 169 160*
STM5127 266 257*
Alelos Marcador STI0030
Cambio climatico
Cambios en la distribución de las precipitaciones Tolerancia a stress hídrico dado por rasgos
cuantitativamente heredados Determinaciones de parámetros fisiológicos
relacionados con tolerancia a stress hídrico Oportunidad de utilización de herramientas de
secuenciación masiva para determinar asociaciones fenotipo – genotipo en poblaciones fenotipadas.