UFV - Teses

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    Piramidação de alelos de resistência a patógenos em cafeeiros arábica utilizando seleção recorrente assistida por marcadores moleculares
    (Universidade Federal de Viçosa, 2019-04-22) Tobar, Laura Maritza Saavedra; Oliveira, Aluízio Borém de
    A piramidação de alelos de resistência a doenças é a estratégia mais eficiente, de amplo espectro e durável para implementar no melhoramento genético do cafeeiro (Coffea arabica). Uma vez que esta cultura é acometida por doenças que apresentam alta variabilidade genética associada a suplantação da resistência. Nesse contexto, na incorporação de alelos de resistência a doenças em cultivares em desenvolvimento a seleção assistida por marcador molecular (SAM) é amplamente eficiente. Com o uso da SAM é possível anular o efeito do ambiente, eliminar genótipos indesejáveis nas primeiras gerações de seleção, além de permitir a seleção na ausência do patógeno. Assim o objetivo deste trabalho foi piramidar alelos de resistência as principais doenças do cafeeiro (ferrugem alaranjada - Hemileia vastatrix e antracnose dos frutos (CBD) - Colletotrichum kahawae) por meio da seleção recorrente assistido por marcadores moleculares. Para tanto, foram extraídos DNAs de 144 híbridos F 1 originados de cruzamentos entre oito genitores (cultivares comerciais e acessos do programa de melhoramento genético do cafeeiro). Realizou-se a certificação dos respetivos cruzamentos e estudo de diversidade genética utilizando marcadores moleculares microssatélites distribuídos aleatoriamente no genoma. Para resistência a ferrugem, foram usados quatro marcadores associados ao gene S H 3 e quatro marcadores ligados a dois QTL que correspondem a genes maiores de resistência as raças I, II e patótipo 001. Além, de dois marcadores que se encontram flanqueando o gene Ck-1 de resistência CBD. Também, baseado em dados fenotípicos foi calculado o índice de seleção por meio do rank-médio de Mulamba e Mock (1978) e após a classificação foram estimados os ganhos com a seleção. Na certificação de cruzamentos foram identificados 10 híbridos contaminantes que foram retirados do programa de melhoramento. No estudo da diversidade genética, a AMOVA determinou diversidade entre e dentro das populações, sendo de 75,5 e 24,5% respetivamente. Na análise de agrupamento observou-se a formação de três grupos principais, permitindo evidenciar a diversidade entre e dentro das populações híbridas. 31 indivíduos (25,6%) foram identificados como heterozigotos portadores do alelo do gene S H 3, 106 indivíduos (87%) como portadores dos locos de resistência as raças I, II e patótipo 001 de H. vastatrix e 70 indivíduos (57,8%) apresentaram o gene Ck-1 que confere a resistência a C. kahawae. Foram identificados 11 cafeeiros com a piramidação dos genes de resistência a H. vastatrix e C kahawae. Enquanto ao ganho com a seleção, este foi superior a 50%, exercendo uma intensidade de seleção de 30%. Alguns dos indivíduos selecionados pelo índice de seleção encontram-se também, distribuídos nos três diferentes grupos que foram formados no dendrograma da análise de diversidade. Portanto, estes híbridos ressaltam pela sua superioridade com o ganho com a seleção, por apresentar divergência genética e ainda possuir a piramidação de alelos de resistência a H. vastatrix e C kahawae. Esse resultado é de grande importância, pois esses híbridos constituem um importante recurso genético para dar início ao programa de seleção recorrente já que poderão ser utilizados como fonte de resistência em diferentes cruzamentos por ter a piramidação de genes.
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    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.
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    Seleção genômica usando genotipagem de baixa saturação no melhoramento genético do cafeeiro
    (Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-21) Romero, Juan Vicente; Bhering, Leonardo Lopes
    A eficiência da seleção genômica (GS) utilizando relativa baixa cobertura de marcadores moleculares e tamanho populacional reduzido foi avaliada para o melhoramento genético de Coffea arabica, considerando características oligogênicas. Foram analisadas populações simuladas, até a sexta geração de seleção e autofecundação, com características envolvendo quatro genes com 40% ou 80% de herdabilidade, em cenários com sete densidades de marcadores e cinco tamanhos populacionais. Os valores genéticos genômicos dos indivíduos foram preditos com os métodos BLASSO e RR-BLUP e foram analisadas duas intensidades de seleção e o uso de marcadores dominantes versus codominantes. Em cada cenário foram estimados: coeficiente de endogamia, média e variância genotípica, capacidade preditiva e capacidade seletiva. Foram considerados viáveis os cenários em que os alelos favoráveis foram fixados até a sexta geração e foi procurado o uso mínimo de marcadores e menor tamanho populacional. Quatro resultados iniciais aumentaram a eficiência e eficácia seletiva: o uso de marcadores codominantes, o uso do método RR-BLUP, o aumento da intensidade de seleção e a seleção dos marcadores que maximizaram a acurácia preditiva. Sob estas condições a seleção foi eficaz, sendo que nas características de alta e media herdabilidade foram fixados alelos na sexta geração, usando densidades de marcadores com distância entre marcas de até 6 cM e populações de pelo menos 200 indivíduos. Com 400 indivíduos foi possível a fixação na geração F 5, com as mesmas distâncias entre marcadores. Marcadores dominantes e densidades em que regiões codificadoras não sejam marcadas são os principais inconvenientes para a utilização da GS nos cenários avaliados.
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    Identification, molecular characterization and differential expression studies of genes activated during Coffea arabica L. - Hemileia vastatrix interactions Berk. & Broome
    (Universidade Federal de Viçosa, 2017-02-20) Barka, Geleta Dugassa; Caixeta, Eveline Teixeira
    O café é uma das culturas de maior valor econômico mundial, além de proporcionar e qualidade de vida para milhões de pessoas em países em desenvolvimento. Embora existam vários programas de melhoramento para essa cultura e cultivares comerciais disponíveis que apresentam fatores de resistência a estresse biótico, verifica-se ainda prejuízos significativos devidos à ferrugem do cafeeiro causada por Hemileia vastatrix. A compreensão dos mecanismos moleculares da resistência à ferrugem desempenha papel importante na eficiência do desenvolvimento de novas cultivares resistentes. O objetivo do presente trabalho é identificar, caracterizar e compreender os padrões de expressão de genes de resistência do cafeeiro que são ativados após inoculação com H. vastatrix. Foi utilizada a metodologia de Hibridação Subtrativa de Supressão (HSS) para identificar os genes diferencialmente expressos (upregulated e dowregulated) às 12 e 24 horas após inoculação (h.a.i.) de Coffea arabica com o patógeno, em interações compatíveis e incompatíveis. A partir de 433 clones obtidos e sequenciados, 352 foram anotados e categorizados. Observou-se proporção relativamente menor de genes expressos em interação compatível. A análise RT-qPCR de sete genes de sinalização de resistência mostrou padrões de expressão semelhantes para a maioria dos genes em ambas as interações, indicando que esses genes estão envolvidos na resistência (não específica) durante a qual as reações imunes são semelhantes. Na segunda etapa do trabalho, resistance gene analogs (RGAs), que conferem resistência à ferrugem do café, foram identificados, sequenciados e caracterizados a partir de uma biblioteca BAC do cafeeiro. Cinco RGAs foram anotados e mapeados no cromossomo 0 (zero) de C. canephora. Destes, quatro RGAs são ativados na interação incompatível entre C. arabica e H. vastatrix. Os resultados obtidos no trabalho sugerem que um desses genes RGA sequenciado (gene 11) é um novo gene S H (S H 10) ainda não identificado biologicamente. Com base nesses dados, foi verificado pela primeira vez o novo gene S H (S H 10) no clone diferenciador 644/18 H. Kawisari. Foi realizado a análise comparativa entre os cincos RGAs e verificado alta similaridade entre dois destes, os quais são pertencentes à família de genes CC-NBS-LRR. Foi verificado intensa seleção diversificada promovida pela substituição não sinônima e pela recombinação genética. Foi realizada a análise filogenética de genes ortólogos para as espécies de café, tomate e uva e observou-se alta variabilidade intraespecífica destes dois genes CC-NBS-LRR para as espécies, exceto para o café. Estes genes sequenciados são as maiores e mais completas sequências disponíveis para o C. arabica. Estes resultados são de extrema importância para o melhoramento genético molecular visando a resistência à ferrugem do cafeeiro. De modo geral, a compreensão dos padrões de expressão de genes de resistência e a caracterização molecular de novos RGAs são resultados valiosos e estabelece nova base para estudos futuros.