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Aceleração do melhoramento do cafeeiro via seleção genômica : agilidade e eficácia no lançamento de novas cultivares
(Embrapa Café, 2022-08) Caixeta, Eveline Teixeira; Resende, Marcos Deon Vilela; Alkimim, Emilly Ruas; Sousa, Tiago Vieira; Oliveira, Antonio Carlos Baião de; Pereira, Antonio Alves; Alves, Rodrigo Silva
Caracterização molecular de cultivares de café resistentes à ferrugem
(Embrapa Café, 2013) Sousa, Tiago Vieira; Caixeta, Eveline Teixeira; Alkimim, Emilly Ruas; Oliveira, Antonio Carlos Baião de; Pereira, Antonio Alves; Zambolim, Eunize Maciel; Zambolim, Laércio; Sakiyama, Ney Sussumu
Os ganhos alcançados com o melhoramento genético do cafeeiro no Brasil resultaram na obtenção de cultivares com potencial produtivo muito superior ao das cultivares tradicionais. Atualmente, 123 cultivares de C. arabica estão registradas, destas oito são protegidas. Para que uma cultivar possa ser registrada e ou protegida é obrigatório que ela seja distinta, homogênea e estável (DHE). Na comprovação de DHE de uma cultivar são usados descritores mínimos, sendo que os marcadores morfológicos tem sido os mais utilizados. No entanto, as cultivares comerciais são cada vez mais próximas fenotipicamente, o que dificulta a discriminação precisa desses materiais por meio desses descritores. Assim sendo, uma alternativa que venha auxiliar nos testes de DHE é de extrema necessidade e proporcionará grandes benefícios. Nesse sentido, o uso de marcadores moleculares pode discriminar com maior precisão e segurança as cultivares as quais se deseja registrar e ou a proteger. Nesse contexto, o presente trabalho objetivou estabelecer um conjunto de marcadores microssatélite para a caracterização molecular (fingerprinting) de cultivares de café portadores de resistência à ferrugem (Hemileia vastatrix Berk. et Br.). Foram analisadas 34 cultivares/progênies de C. arabica portadoras de resistência à ferrugem. Trinta e um primers microssatélites foram testados, 27 amplificaram, sendo 20 polimórficos. Foi construído um dendrogroma e estabelecido o perfil molecular das cultivares. Com os resultados obtidos, demonstrou-se que os marcadores microssatélites são capazes de diferenciar genótipos aparentados e próximos fenotipicamente, podendo ser utilizados como ferramenta auxiliar nos testes de DHE das cultivares. Além disso, foi estabelecido um conjunto de marcadores microssatélites sendo discriminadas 29 das 34 cultivares de C. arabica.
Diversidade genética, ganhos com seleção e seleção genômica ampla na espécie Coffea canephora
(Universidade Federal de Viçosa, 2017-07-31) Alkimim, Emilly Ruas; Caixeta, Eveline Teixeira; Silva, Felipe Lopes da; Resende, Marcos Deon Vilela de
A presença de variabilidade genética associada a estratégias mais eficientes de seleção são imprescindíveis para se obter sucesso nos programas de melhoramento. Nesse sentido, o uso de marcadores moleculares em estudos de diversidade, bem como a seleção baseada em dados fenotípicos por meio do uso de procedimentos genético-estatísticos mais refinados têm se mostrado ferramentas úteis nos programas de melhoramento. Além disso, com o avanço das plataformas de NGS (Next Generation Sequencing), um novo método de seleção, que visa utilizar dados fenótipos e moleculares, denominado Seleção Genômica Ampla foi proposto. O objetivo do trabalho foi identificar marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) e validá-los em estudos de diversidade genética; estimar os parâmetros genéticos e os ganhos com a seleção utilizando a metodologia de modelos mistos (REML/BLUP); aplicar o princípio da GWS (Genome Wide Selection) e avaliar sua eficiência em população de C. canephora. A população em estudo, inicialmente, foi composta por 72 genótipos nos quais os marcadores SNP foram identificados e validados. A seleção fenotípica, por meio do procedimento REML/BLUP, foi realizada em 192 genótipos de cafeeiros. Por fim, a população avaliada por meio da GWS foi composta por 165 genótipos. Utilizando a plataforma de sequenciamento da empresa RAPiD Genomics foram identificados 117.450 SNP em 72 indivíduos de C. canephora. Após análises de qualidade, 33.485 SNP foram selecionados e validados em análises de diversidade e estrutura genética de populações. Os marcadores foram eficientes na avaliação da diversidade e estrutura genética de C. canephora e com base em nessas análises foi possível selecionar possíveis cruzamentos promissores dentro e entre os grupos varietais e Híbridos geneticamente mais distantes. Com base nas análises utilizando o método REML/BLUP foi possível selecionar genótipos Conilon e Robusta promissores por serem geneticamente divergentes pela análise de agrupamento e por proporcionarem ganhos elevados com a seleção. Estes podem ser intercruzados para obter cultivares dentro de cada grupo varietal e/ou como genitores em cruzamentos interpopulacionais. Além disso, foi possível selecionar famílias híbridas que se destacaram nas análises. Estas podem ser testadas em diferentes regiões e as promissoras utilizadas como variedade propagada por semente. As famílias híbridas selecionadas podem também ser intercruzadas (cruzamento intrapopulacional) para avanço da seleção recorrente. Por fim, a GWS mostrou-se ferramenta útil para o melhoramento de C. canephora, por predizer com alta acurácia os valores genéticos genômicos dos indivíduos e possibilitar a redução no tempo necessário para completar o ciclo de seleção, proporcionando ganhos significativos em eficiência seletiva por unidade de tempo.
Seleção assistida por marcadores moleculares para resistência à ferrugem do cafeeiro
(Embrapa Café, 2013) Alkimim, Emilly Ruas; Caixeta, Eveline Teixeira; Sousa, Tiago Vieira; Oliveira, Antonio Carlos Baião de; Pereira, Antonio Alves; Zambolim, Eunize Maciel; Zambolim, Laércio; Sakiyama, Ney Sussumu
Marcadores moleculares intimamente ligados a dois genes maiores (SH3 e SH?) que conferem resistência à ferrugem do cafeeiro foram previamente identificados e têm potencial para serem usados em programas de melhoramento visando identificar e monitorar genótipos contendo resistência a esse patógeno. Dessa forma, o objetivo do trabalho foi incorporar a estratégia de seleção assistida por marcadores moleculares (SAM) associados a esses genes no programa de melhoramento do cafeeiro. Inicialmente os marcadores moleculares disponíveis na literatura foram validados e então utilizados na seleção assistida de 160 genótipos. Esses cafeeiros fazem parte do germoplasma da UFV/Epamig e foram introduzidos do CIFC por serem potencialmente portadores de resistência à ferrugem. Por meio dos marcadores validados foi possível identificar nove indivíduos resistentes homozigotos para o gene SH3, UFV311-48 (F2), UFV311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV329-78 (F2), UFV334-65 (F2), UFV335-12 (F2), UFV335-77 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). O gene SH3 confere resistência a diferentes raças do patógeno e a sua incorporação em variedades de interesse tem sido sugerida como importante estratégia para obter resistência a essa doença. Também foram identificados cafeeiros que além se serem portadores do gene SH3 em homozigose, apresentaram o gene SH? proveniente do Híbrido de Timor (HT). Tais genótipos são o UFV311-48 (F2), UFV 311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV334-65 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). Esse gene originado do HT confere resistência a outras raças do patógeno. Logo, por meio da SAM, foram identificados cafeeiros portadores de dois diferentes genes de resistência que juntos são capazes de conferir resistência a um amplo espectro de raças de H. vastatrix, fungo causador da ferrugem, permitindo obter resistência durável. Os cafeeiros identificados poderão ser utilizados no avanço de geração ou em cruzamentos para a introdução desses genes em outros materiais genéticos de interesse nos programas de melhoramento. A utilização dos marcadores moleculares validados, nos programas de melhoramento, serão imprescindíveis para monitoramento dos genes nas diferentes gerações e cruzamentos.
Seleção assistida por marcadores moleculares para resistência múltipla à ferrugem e à antracnose dos frutos do cafeeiro
(Universidade Federal de Viçosa, 2013-07-29) Alkimim, Emilly Ruas; Caixeta, Eveline Teixeira
Marcadores moleculares intimamente ligados a dois genes maiores (SH3 e SH?) que conferem resistência à ferrugem, e marcadores moleculares ligados ao gene Ck-1 que confere resistência à antracnose dos frutos do cafeeiro também conhecida por Coffee Berry Disease (CBD), foram previamente identificados. Estes marcadores apresentam potencial para serem usados em programas de melhoramento visando identificar e monitorar genótipos contendo genes de resistência a esses patógenos (Hemileia vastatrix e Colletotrichum kahawae). Dessa forma, o objetivo do trabalho foi utilizar a estratégia de seleção assistida por marcadores moleculares associados aos genes SH3 (proveniente de Coffea liberica), SH? (proveniente do Híbrido de Timor-UFV 443-03) e Ck-1, no programa de melhoramento do cafeeiro da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (Epamig)/Universidade Federal de Viçosa (UFV). Inicialmente os marcadores moleculares disponíveis na literatura foram validados e então utilizados na seleção assistida de 160 genótipos. Esses cafeeiros fazem parte do germoplasma da UFV/Epamig e foram introduzidos do CIFC por serem potencialmente portadores de resistência à ferrugem. Por meio dos marcadores validados foi possível identificar onze indivíduos resistentes homozigotos para o gene SH3, UFV311-48 (F2), UFV311-49 (F2), UFV 311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV329-72 (F2), UFV329-78 (F2), UFV334-65 (F2), UFV335-12 (F2), UFV335-77 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). O gene SH3 confere resistência a diferentes raças de H. vastatrix e a sua incorporação em variedades de interesse tem sido sugerida como importante estratégia para obter resistência à ferrugem. Também foram identificados cafeeiros que além se serem portadores do gene SH3 em homozigose, apresentaram o gene SH? proveniente do Híbrido de Timor (UFV443-03). Tais genótipos são o UFV311-48 (F2), UFV311-49 (F2), UFV 311-56 (F2), UFV313-133 (F2), UFV334-65 (F2), UFV399-45 (F2) e UFV409-08 (F2). Para o gene Ck-1 que confere resistência à CBD, foi observado que o genótipo UFV328-60 (F2) foi homozigoto resistente quando analisado com os dois marcadores, apesar de não apresentar bandas ligadas aos genes SH3 e SH?. Entretanto UFV317-12 (F1) se mostrou resistente heterozigoto com o marcador CBD-Sat235 (marcador do Ck-1) e resistente homozigoto com o marcador CBD-Sat207 (outro marcador do Ck-1), e portador do gene SH? que confere resistência à ferrugem. Logo, por meio da Seleção Assistida por Marcadores Moleculares foram identificados cafeeiros portadores de diferentes genes de resistência à ferrugem e à CBD. Esse germoplasma, apesar de ser derivado de C. liberica, apresentou além do gene SH3 o gene SH?, até então identificado apenas em genótipos derivados de C. canephora. Os cafeeiros identificados poderão ser utilizados em cruzamentos para a introdução desses genes em outros materiais genéticos de interesse nos programas de melhoramento. A utilização dos marcadores moleculares validados, nos programas de melhoramento, serão imprescindíveis para monitoramento dos genes nas diferentes gerações e cruzamentos.
Seleção assistida por marcadores moleculares para resistência múltipla à ferrugem e à antracnose dos frutos do cafeeiro
(Universidade Federal de Viçosa, 2013-07-23) Alkimim, Emilly Ruas; Caixeta, Eveline Teixeira
Marcadores moleculares intimamente ligados a dois genes maiores (S H 3 e S H ?) que conferem resistência à ferrugem, e marcadores moleculares ligados ao gene Ck-1 que confere resistência à antracnose dos frutos do cafeeiro também conhecida por Coffee Berry Disease (CBD), foram previamente identificados. Estes marcadores apresentam potencial para serem usados em programas de melhoramento visando identificar e monitorar genótipos contendo genes de resistência a esses patógenos (Hemileia vastatrix e Colletotrichum kahawae). Dessa forma, o objetivo do trabalho foi utilizar a estratégia de seleção assistida por marcadores moleculares associados aos genes S H 3 (proveniente de Coffea liberica), S H ? (proveniente do Híbrido de Timor-UFV 443-03) e Ck-1, no programa de melhoramento do cafeeiro da Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (Epamig)/Universidade Federal de Viçosa (UFV). Inicialmente os marcadores moleculares disponíveis na literatura foram validados e então utilizados na seleção assistida de 160 genótipos. Esses cafeeiros fazem parte do germoplasma da UFV/Epamig e foram introduzidos do CIFC por serem potencialmente portadores de resistência à ferrugem. Por meio dos marcadores validados foi possível identificar onze indivíduos resistentes homozigotos para o gene S H 3, UFV311-48 (F 2 ), UFV311-49 (F 2 ), UFV 311-56 (F 2 ), UFV313-133 (F 2 ), UFV329-72 (F 2 ), UFV329-78 (F 2 ), UFV334-65 (F 2 ), UFV335-12 (F 2 ), UFV335-77 (F 2 ), UFV399-45 (F 2 ) e UFV409-08 (F 2 ). O gene S H 3 confere resistência a diferentes raças de H. vastatrix e a sua incorporação em variedades de interesse tem sido sugerida como importante estratégia para obter resistência à ferrugem. Também foram identificados cafeeiros que além se serem portadores do gene S H 3 em homozigose, apresentaram o gene S H ? proveniente do Híbrido de Timor (UFV443-03). Tais genótipos são o UFV311-48 (F 2 ), UFV311-49 (F 2 ), UFV 311-56 (F 2 ), UFV313-133 (F 2 ), UFV334-65 (F 2 ), UFV399-45 (F 2 ) e UFV409-08 (F 2 ). Para o gene Ck-1 que confere resistência à CBD, foi observado que o genótipo UFV328-60 (F 2 ) foi homozigoto resistente quando analisado com os dois marcadores, apesar de não apresentar bandas ligadas aos genes S H 3 e S H ?. Entretanto UFV317-12 (F 1 ) se mostrou resistente heterozigoto com o marcador CBD-Sat235 (marcador do Ck-1) e resistente homozigoto com o marcador CBD-Sat207 (outro marcador do Ck-1), e portador do gene S H ? que confere resistência à ferrugem. Logo, por meio da Seleção Assistida por Marcadores Moleculares foram identificados cafeeiros portadores de diferentes genes de resistência à ferrugem e à CBD. Esse germoplasma, apesar de ser derivado de C. liberica, apresentou além do gene S H 3 o gene S H ?, até então identificado apenas em genótipos derivados de C. canephora. Os cafeeiros identificados poderão ser utilizados em cruzamentos para a introdução desses genes em outros materiais genéticos de interesse nos programas de melhoramento. A utilização dos marcadores moleculares validados, nos programas de melhoramento, serão imprescindíveis para monitoramento dos genes nas diferentes gerações e cruzamentos.
Tamanho amostral e detecção de genes via GWAS em características quantitativas do cafeeiro
(Embrapa Café, 2022-04) Resende, Marcos Deon Vilela de; Oliveira, Antonio Carlos Baião de; Caixeta, Eveline Teixeira; Alkimim, Emilly Ruas; Sousa, Tiago Vieira; Pereira, Antonio Alves; Alves, Rodrigo Silva; Azevedo, Camila Ferreira
O presente documento refere-se à avaliação prática do potencial da GWAS no melhoramento dos cafeeiros das espécies Coffea arabica e Coffea canephora. O objetivo geral é orientar a aplicação eficiente da GWAS em características produtivas, agronômicas e de resistência a doenças e pragas do cafeeiro. Para isso, um novo método para o estudo de associações genômicas foi desenvolvido e avaliado via simulação, em termos de poder de detecção de genes. O objetivo específico é possibilitar a identificação de marcadores genéticos úteis ao melhoramento do cafeeiro.