Estudo de associação genômica ampla (GWAS) em Coffea canephora

Abstract

Estudos de associação genômica ampla (GWAS) tem sido tradicionalmente utilizados para a identificação de locos de interesse responsáveis pela variação fenotípica. A utilização desse tipo de metodologia explora as ligações mais próximas existentes entre os marcadores moleculares e regiões cromossômicas de interesse para um maior entendimento das características fenotípicas da espécie em estudo, propiciando a identificação de marcas a serem utilizadas em seleções assistidas por marcadores moleculares (SAM) nos programas de melhoramento. Nesse contexto, a utilização dessa metodologia visando um maior entendimento de caracteres morfoagronomicos em um menor período de tempo se mostra uma solução viável para programas de melhoramento de espécies com longo ciclo de vida (plantas perenes) como o café. Assim, o objetivo do trabalho foi identificar regiões cromossômicas com associações significativas em populações de C. canephora em melhoramento para as principais características fenotípicas de importância para essa espécie, através da metodologia de Associação Genômica Ampla (GWAS). A população em estudo foi composta por 165 genótipos contendo os dois grupos varietais Conilon e Robusta além dos Híbridos provenientes desse cruzamento. Foram avaliadas oito características morfoagronomicas sendo elas altura da planta, vigor vegetativo, incidência a cercosporiose, incidência a ferrugem, diâmetro da copa, produtividade, época de maturação dos frutos e tamanho dos frutos. Os cafeeiros foram genotipados com marcadores SNP, distribuídos em todo o genoma. Foram realizadas análises de qualidade (MAF ≥0,01 e CR ≥ 90%) que resultaram em 17.885 SNP. Após a aplicação da metodologia de GWAS, foram identificados marcadores SNP com associações significativas para cinco características (altura da planta, diâmetro da copa, vigor vegetativo, incidência a ferrugem e a cercoporiose). As análises também permitiram a identificação de genes candidatos, nos quais, os marcadores SNP estavam inseridos. Foi possível também relacionar a função dos genes candidatos a característica nos quais esses se encontravam inseridos. Foi possível a identificação da presença dos genes 08-g11560, 10-g16500, 11-g17430, 00-g17460 e 02- g38180 nas duas principais doenças do cafeeiro. Os marcadores SNP com associações significativas se mostraram distribuídos em todo o genoma da espécie e estavam presentes em todos os cromossomos. Com destaque para os cromossomos 0,2,6,9 e 11. Por fim, a metodologia se mostrou eficiente em populações C.canephora, os genes candidatos encontrados inseridos nos marcadores SNP com associações significativas poderão ser avaliados com maior detalhamento e posteriormente poderão ser usados em seleções assistidas por marcadores moleculares (SAM) auxiliando programas de melhoramento da espécie.

Genome-wide Association Study (GWAS) have traditionally been used to identify loci of interest responsible for the phenotypic variation. The use of this type of methodology explores the closer links between molecular markers and chromosomal regions of interest for a better understanding of the phenotypic characteristics of the species under study, favoring the identification of markers to be used in selections assisted by molecular markers (SAM) in breeding programs. In this context, the use of this methodology aiming at a greater understanding of morphoagronomic characters in a shorter period of time is a viable solution for breeding programs of species with a long life cycle (perennial plants) such as coffee. Thus, the objective of this work was to identify chromosomal regions with significant associations in C. canephora populations in breeding for the main phenotypic characteristics of importance for this species, through the GWAS methodology. The study population consisted of 165 genotypes containing the two Conilon and Robusta varietal groups in addition to the hybrids from that cross. Eight morphoagronomic characteristics were evaluated: plant height, vegetative vigor, incidence of cercosporiae, incidence of rust, canopy diameter, productivity, fruit maturation time and fruit size. The coffee trees were genotyped with SNP markers, distributed throughout the genome. Quality analyzes (MAF ≥0.01 and CR ≥ 90%) were performed, resulting in 17,885 SNPs. After application of the GWAS methodology, SNP markers were identified with significant associations for five characteristics (plant height, crown diameter, vegetative vigor, incidence of rust and cercoporiosis). The analyzes also allowed the identification of candidate genes in which the SNP markers were inserted. It was also possible to relate the function of the candidate genes to the characteristic in which they were inserted. It was possible to identify the presence of genes 08-g11560, 10-g16500, 11-g17430, 00-g17460 and 02-g38180 in the two major diseases of coffee. The SNP markers with significant associations were shown to be distributed throughout the genome of the species and were present on all chromosomes. Finally, the methodology was efficient in populations C.canephora, the candidate genes found inserted in the SNP markers with significant associations can be evaluated in greater detail and later can be used in molecular marker assisted selections (SAM) to support species breeding programs.