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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.
Caracterização molecular de cultivares de café resistentes à ferrugem
(Universidade Federal de Viçosa, 2013-07-29) Sousa, Tiago Vieira; Caixeta, Eveline Teixeira
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 Coffea arabica estão registradas no Registro Nacional de Cultivares RNC/MAPA; 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 os descritores morfológicos tem sido os mais utilizados. No entanto, as cultivares comerciais são cada vez mais próximas fenotipicamente. Isso 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 o registro e ou a proteção. Dentre os vários tipos de marcadores moleculares, os microssatélites tem sido os mais utilizados por serem codominantes, multialélicos, altamente polimórfico e loco específico. O presente trabalho objetivou estabelecer um conjunto de marcadores microssatélite para a caracterização molecular (fingerprinting) de cultivares de café portadoras de resistência à ferrugem (Hemileia vastatrix Berk. et Br.). Foram analisadas 34 cultivares/progênies de C. arabica. Para cada cultivar/progênie foram analisadas seis plantas, constituindo um total de 204 indivíduos. Dessa forma, pôde-se verificar a possível ocorrência de variabilidade genética entre e dentro dos materiais genéticos avaliados. Trinta e um primers microssatélites foram testados, 27 amplificaram, sendo 20 polimórficos. A partir dos dados de 16 marcadores polimórficos selecionados foi construído um dendrograma e de duas maneiras distintas, foi estabelecido o perfil molecular das cultivares. Pela análise do dendrograma foi possível distinguir 29 das 34 cultivares/progênies avaliadas. Pela análise de fingerprinting foi definido 31 perfis moleculares únicos.
Diversidade genética, ganhos com seleção e seleção genômica ampla na espécie Coffea arabica
(Universidade Federal de Viçosa, 2017-08-28) Sousa, Tiago Vieira; Caixeta, Eveline Teixeira
A espécie Coffea arabica é a mais importante, economicamente, do gênero Coffea. Essa espécie é autógama e apresenta base genética estreita. Assim, o sucesso dos programas de melhoramento para essa cultura é desafiador. Nesse sentido, métodos seletivos robustos e precisos são necessários para maximizar os ganhos com seleção, mantendo a variabilidade genética presente nas populações. O uso de marcadores moleculares, por permitir o acesso à informação do DNA dos indivíduos, e da seleção baseada em dados fenotípicos por meio de procedimentos de modelos mistos (REML/BLUP), por permitirem a estimação de parâmetros genéticos de forma acurada mesmo em situação de experimentos desbalanceados, têm se mostrado vantajosos. Finalmente, os métodos de seleção genômica ampla (GWS), que buscam conhecer as associações entre os dados genotípicos e os fenotípicos, tem se mostrado acurado e promissor para diversas espécies vegetais, inclusive para espécies perenes. O objetivo do trabalho foi identificar marcadores SNP 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 e avaliar sua eficiência em população de C. arabica. 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 228 genótipos de cafeeiros. A GWS foi realizada em população composta por 195 genótipos, genotipados com 21.211 e fenotipados para 18 características agronômicas. Um total de 40.000 sondas específicas foram construídas, sendo identificados 91.517 marcadores SNP em 72 indivíduos de C. arabica. Após análises de qualidade, 11.187 SNP foram selecionados e validados em análises de diversidade e estrutura genética dexv populações. Os marcadores foram eficientes na avaliação da diversidade e estrutura genética de C. arabica. Com base nos dados fenotípicos por meio de análises de modelos mistos foi possível estimar os parâmetros genéticos da população avaliada e obter ganhos expressivos com seleção. Os resultados da GWS demonstram o potencial dessa metodologia seletiva para o melhoramento de C. arabica, por predizer com 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.
Estudo de associação genômica ampla (GWAS) em Coffea arabica
(Universidade Federal de Viçosa, 2019-08-09) Silva, Ruane Alice da; Caixeta, Eveline Teixeira; Sousa, Tiago Vieira; Nascimento, Moysés
Estudos de associação genômica ampla (GWAS) têm sido utilizados mundialmente para várias espécies de importância econômica. A metodologia possibilita inferir sobre as relações entre variações genéticas e características fenotípicas, em nível populacional, detectando efeitos significativos por meio de testes de hipóteses. O GWAS demonstra grande relevância nos programas de melhoramento, sobretudo de espécies perenes, tendo como principal objetivo identificar regiões cromossômicas e genes candidatos para o controle genético de determinada característica. No entanto, em Coffea arabica, espécie de maior importância econômica do gênero Coffea, existem poucos estudos publicados utilizando essa metodologia. Assim, objetivou-se a identificação de regiões cromossômicas que apresentam associações significativas entre marcadores e características fenotípicas de importância para a espécie C. arabica, por meio de GWAS e selecionar SNP associados para serem utilizados em seleções assistidas por marcadores moleculares. A população de trabalho foi composta por 195 indivíduos de C. arabica, pertencentes à 13 famílias em gerações F 2 , retrocruzamentos suscetíveis e retrocruzamentos resistentes à ferrugem do cafeeiro. As plantas foram fenotipadas para 18 características agronômicas durante três anos consecutivos (2014, 2015 e 2016) e genotipadas por 21.211 marcadores moleculares SNP distribuídos em todo o genoma. O GWAS possibilitou a identificação de 110 SNP com associações significativas (p<0,05) para as características: altura de plantas (AP), comprimento de ramos plagiotrópicos (CRP), número de nós vegetativos (NNV), diâmetro da copa (DCo), tamanho de fruto (TFr), incidência de cercosporiose (Cer) e incidência de ferrugem (Fer). Foram analisados os efeitos de cada marcador SNP associado com as características de interesse e, dessa forma, esses marcadores poderão ser usados, posteriormente, na seleções assistidas por marcadores moleculares (SAM). Esse foi o primeiro trabalho de GWAS para essas características agronômicas em C. arabica e apresentou resultados promissores para os programas de melhoramento da espécie, confirmando a eficiência da metodologia. Palavras-chave: Melhoramento do Cafeeiro. Marcadores SNP. Seleção Assistida por Marcadores.
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.
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.