Búsqueda, selección y localización genética de marcadores análogos a genes de resistencia en poblaciones de avena segregantes para caracteres de resistencia a la roya de la corona

Resumen

Las plantas han desarrollado un sistema para defenderse del ataque de agentes patógenos, sin embargo, éstos son capaces de escapar de las distintas estrategias de defensa de la planta lo que conduce al desarrollo de la enfermedad. Uno de los principales objetivos de la mejora genética vegetal es la obtención de variedades resistentes a patógenos como el método más efectivo para el control de las enfermedades. En Avena, la obtención de nuevos cultivares resistentes al hongo Puccinia coronata, causante de la roya de la corona, o resistentes a otros hongos causantes de enfermedades es el método más efectivo para el control de dichas patologías. Sin embargo, existe un inconveniente importante como es el tiempo requerido para su obtención. Un instrumento adecuado para acortar esos procesos es la utilización de marcadores que permitan realizar selección asistida por marcador. El conocimiento creciente de secuencias génicas implicadas en la resistencia a patógenos hace posible abordar la obtención de marcadores basados en dichas secuencias. La estructura molecular de las proteínas codificadas por genes de resistencia a patógenos aislados de diferentes especies se caracteriza por la presencia de dominios conservados. Este hecho ha facilitado el aislamiento de secuencias similares a dichos genes que se conocen como secuencias análogas a genes resistencia o RGAs. Los RGAs se han convertido en marcadores eficientes de caracteres de resistencia controlados por genes tanto cualitativos como QTLs. En este trabajo, se han utilizado diferentes metodologías para obtener marcadores RGAs en avena. Una de ellas ha utilizado secuencias RGAs aisladas de especies de avena y de otras próximas a ella, como trigo y cebada, para obtener marcadores de tipo RFLP. La segunda metodología empleada ha consistido en un procedimiento multilocus, denominado NBS/PK profiling, desarrollado a partir de cebadores degenerados dirigidos a los motivos conservados de genes R, de la clase NBS-LRR, y derivados de genes para proteínas quinasas también implicados en resistencia y defensa frente a patógenos. Se ha procedido a la localización genética de todos los tipos de marcadores empleados en tres mapas genéticos de avena. Un mapa derivado del cruzamiento entre dos especies diploides A. strigosa x A.wiestii que segrega para dos genes mayores de resistencia a P. coronata, un segundo mapa entre dos genotipos de la especie hexaploide A. sativa (MN841801-1 x Noble-2') que segrega para ocho QTLs de resistencia parcial a P. coronata, y un tercer mapa que se considera el mapa de referencia hexaploide procedente del cruzamiento entre A. byzantina cv Kanota' y A. sativa cv Ogle'. Se han identificado marcadores ligados a los principales genes y QTLs de resistencia segregantes en dichas poblaciones de mapa, así como marcadores que se sitúan en regiones donde se han identificado otros loci de resistencia en distintos mapas de avena. Las sondas RGAs utilizadas para originar marcadores RFLP detectan tanto loci homólogos como homeólogos en las especies poliploides. Esto supone un inconveniente si se pretende disponer de marcadores apropiados para cada locus de resistencia específico. Se ha desarrollado un procedimiento para convertir los marcadores RFLPs en marcadores específicos de locus o sitio (STS) a partir de secuencias RGAs. A lo largo de la evolución del género Avena se han producido un gran número de reordenaciones cromosómicas, las cuales han dificultado el establecimiento de relaciones claras de homología y homeología entre los cromosomas de distintas especies y dentro de las especies poliploides, respectivamente. Igualmente, han afectado al establecimiento de dichas relaciones entre grupos de ligamiento. En este trabajo, los marcadores en común de tipo RGA-RFLP localizados en los distintos mapas genéticos han contribuido a confirmar y establecer algunas de estas relaciones de homología y homeología entre distintos grupos de ligamiento. Igualmente, las reordenaciones cromosómicas dentro del género han impedido construir mapas genéticos con un número de grupos de ligamiento equivalente al de cromosomas de la especie y relacionar cada grupo de ligamiento con su cromosoma correspondiente. En este trabajo se han utilizado series monosómicas de avena hexaploide y marcadores RGAs y se han seguido procedimientos citogenéticos para contribuir a solucionar esas carencias. En primer lugar se han caracterizado las series monosómicas de A. byzantina cv ‘Kanota’ y A. sativa cv ‘SunII’, mediante FISH con sondas de ADN repetido específicas de genomio y ADN ribosomal. Esto ha permitido la identificación de los distintos cromosomas del complemento hexaploide, y unificar las nomenclaturas empleadas por distintos investigadores para denominarlos. En segundo lugar, se ha empleado la microdisección cromosómica sobre los términos monosómicos para extraer ADN del cromosoma que aparecía como univalente en células en metafase I. La posterior amplificación en ese ADN de RGAs previamente identificados en los mapas de avena ha permitido establecer relaciones entre cromosomas y grupos de ligamiento. Por otro lado, se han realizado experimentos de FISH con sondas RGAs previamente localizadas en los mapas de avena, lo que ha hecho posible, igualmente, establecer asociaciones entre grupos de ligamiento y cromosomas en diferentes especies de Avena.