Diversidade genética de Plasmopara viticola e mapeamento de QTLs de resistência ao míldio em videira (Vitis spp.)

Abstract

A videira (Vitis vinifera L.) destaca-se entre as mais importantes espécies frutíferas cultivadas mundialmente. O míldio, causado pelo oomyceto Plasmopara viticola (Berk & Curtis.) Berl. & de Toni é uma das principais doenças da videira no mundo, causando sérios prejuízos à vitivinicultura. Este trabalho envolveu um conjunto de experimentos visando gerar informações para estudos genéticos do gênero Plasmopara, infectando videiras no Brasil. O Capítulo 1 teve como objetivo estudar a diversidade genética e a estrutura populacional de isolados de Plasmopara viticola que infectam vinhedos em diferentes regiões brasileiras. Para isto, 34 novos marcadores microssatélites de P. viticola foram desenvolvidos através de sequenciamento NGS (Next Generation Sequencing) seguido de montagem parcial de novo do genoma do fungo. Testes dos novos marcadores juntamente com dez controles possibilitaram a seleção de uma bateria mista de 15 marcadores que foram usados para genotipar 92 isolados de P. viticola coletados em regiões produtoras de uva no Brasil. A amostra de 92 isolados apresentou estruturação, tendo sido dividida em três subpopulações, denominadas PvG1(Fst=0,56), PvG2 (Fst=0,25) e PvG3 (Fst=0,24). Foi observado um grande efeito no uso de pequenas baterias de marcadores moleculares na análise genética de populações do patógeno, afetando a interpretação dos resultados de substruturação populacional. A classificação geográfica dos isolados apresenta associação com a classificação subpopulacional do patógeno. Os isolados oriundos dos Estados de São Paulo e Minas Gerais apresentam maior diversidade de subpopulações do que isolados de outras regiões tradicionais no cultivo de uva no Brasil, como o Rio Grande do Sul. O emprego de ferramentas moleculares como sequenciamento NGS e marcadores moleculares contribui para uma melhor compreensão das variáveis que afetam as populações de P. viticola. O Capítulo 2 teve por objetivo construir mapas genéticos para os genitores da progênie F1 do cruzamento CNPUV 733-34 x CNPUV 1103-88 e mapear regiões do genoma de videira que conferem resistência ao patógeno. O mapa do genitor feminino CNPUV 733-34 cobriu 1.104 cM do genoma de videira, com distância média entre marcadores de 6,69 cM. O mapa do genitor masculino CNPUV 1103-88 cobriu 958 cM do genoma de videira, com distância média entre marcadores de 7,48 cM. O fenótipo da interação patógeno-hospedeiro foi mensurado em bioensaios em ambiente controlado e infecção natural no campo. Três QTLs foram detectados por mapeamento de Intervalo Simples e Intervalo Composto no mapa genético do genitor feminino CNPUV 733-34. Um dos QTLs está localizado no GL 5, no intervalo entre os marcadores UDV041-UDV042 (LOD= 3,9) e explica 6% da variação fenotípica para resistência a P. viticola. Dois outros QTLs (C18-1 e C18-2), apresentam efeito moderado de resistência a P. viticola, foram detectados no GL 18, e explicam até 22,3% da variação fenotípica. O intervalo do QTL C18-1 (LOD= 7,6) é flanqueado pelos marcadores VMC7F2 e VVIN16, que estão separados por 5 cM. O intervalo do QTL C18-2 (LOD= 6,3) é flanqueado pelos marcadores VVIU04 e VVIN83, separados por 22 cM. O mapeamento genético de QTLs de resistência ao míldio utilizando diferentes fontes de resistência nos programas de melhoramento genético de videira é um passo importante para o aumento da eficiência de desenvolvimento de variedades resistentes ao patógeno. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Grapevine (Vitis vinifera L.) is among the most important fruit species cultivated worldwide. Downy mildew, caused by the oomycete Plasmopara viticola (Berk & Curtis.) Berl. & de Toni, is one of the main diseases of grapevine in different grape producing regions of the world, causing serious damage to grape production. This work is based on a group of experiments aimed at generating information useful to genetic studies of the genus Plasmopara, which infect grapevine in Brazil. The objective of Chapter 1 was to study the genetic diversity and population structure of Plasmopara viticola which infect grapevine fields in different regions of Brazil. 34 new P. viticola microsatellite markers were developed by NGS (Next Generation Sequencing) followed by partial de novo assembly of the fungus genome. A mixed battery of new and ten control microsatellites was used to genotype 92 P. viticola isolates, collected in grape producing regions of Brasil. A sample of 92 isolates showed a significant population structure, with isolates clustering into three subpopulations, called PvG1 (Fst=0,56), PvG2 (Fst=0,25) e PvG3 (Fst=0,24). The effect of small batteries of molecular markers used to evaluate the genetic structure of the pathogen populations was tested and found to affect the interpretation of the results. The geographic classification of the isolates is associated with the genetic groups detected in the pathogen sample. Isolates collected in São Paulo and Minas Gerais show greater diversity of genetic groups (subpopulations) than isolates from other traditional grape growing regions of Brazil, such as Rio Grande do Sul. The use of molecular tools, such as NGS and molecular markers, contribute for a better understanding of variables affecting the populations of P. viticola. The objective of Chapter 2 was to develop genetic maps for the parental varieties of an F1 progeny derived from the cross CNPUV 733-34 x CNPUV 1103-88 and map grapevine genomic regions associated with resistance to the pathogen. The map of the female genitor CNPUV 733-34 covered 1,104 cM, with an average recombination distance between markers of 6.69 cM. The map of the male genitor CNPUV 1103-88 covered 958 cM, with an average recombination distance between markers of 7.48 cM. Host-pathogen interaction phenotype was measured by controlled bioassays using artificial inoculation, and by natural infection in the field. Genetic mapping determined the location of P. viticola resistance QTLs in grapevine. Three QTLs mapped on the female genitor genome were detected by Interval Mapping and Composite Interval Mapping procedures. One of these QTLs was located in LG 5, in the UDV041-UDV042 marker interval (LOD= 3.9), explaining 6% of the phenotypic variation for P. viticola resistance. Two additional QTLs (C18-1 e C18-2), showing a moderate effect on P. viticola resistance, were detected in LG 18, explaining up to 22.3% of the phenotypic variation. The C18-1 QTL interval (LOD= 7.6) is flanked by markers VMC7F2 and VVIN16, which are 5 cM apart. The C18-2 QTL interval (LOD= 6.3) is flanked by markers VVIU04 and VVIN83, which are 22 cM apart. Mapping downy mildew resistance QTLs using germplasm accessions derived from different sources of resistance in breeding programs is an important step towards higher efficiency in the improvement of grapevine resistance to the pathogen.