Mapeamento genético de QTLs de resistência ao agente causal da brusone (Magnaporthe oryzae) e avaliação de multilinhas de arroz resistentes ao patógeno

Abstract

A brusone do arroz, causada por Magnaporthe oryzae, é uma das mais importantes doenças da cultura, pela sua ampla distribuição geográfica e capacidade de destruição das lavouras. A doença é um desafio para os orizicultores e constitui-se em um dos fatores limitantes da produtividade do arroz, especialmente na região Central do Brasil, uma área de alta diversidade genética do patógeno. Nesta região, a resistência à brusone tem sido quebrada um a dois anos após o lançamento de uma nova cultivar. Um dos objetivos do presente trabalho foi o mapeamento de genes de resistência à brusone no genoma de arroz para intensificar o desenvolvimento de estratégias de emprego de genes de resistência completa e/ou parcial no desenvolvimento de variedades melhoradas. Neste estudo, a avaliação da interação entre isolados de Magnaporthe oryzae coletados na região do Vale do Rio Araguaia e genitores de uma população de linhagens puras recombinantes de arroz (RILs – Recombinant Inbred Lines), possibilitou a seleção do isolado 623, raça fisiológica IA-1, apresentando reação de incompatibilidade (resistência) com a variedade tradicional japonica tropical Puteca, e de compatibilidade (suscetibilidade) com a variedade tradicional japonica tropical Chorinho. A análise de polimorfismo de DNA em 192 locos microssatélites e SNPs distribuídos pelo genoma de arroz permitiu a construção de um mapa genético com 1074,19 cM e distância de recombinação média entre marcadores de 5,59 cM. A fenotipagem da população RIL e testes de ligação possibilitou a identificação do loco RM7213, próximo ao centrômero do Cromossomo 6, significativamente associado ao controle de resistência ao isolado M. oryzae 623. O gene mapeado foi provisoriamente denominado Pi-Put1. A região do marcador RM7213 possui aglomerados de genes de resistência à brusone, muitos deles de amplo espectro de resistência. Esta região gênica pode ser explorada pelo programas de melhoramento genético na obtenção de cultivares resistentes ao patógeno. Uma das alternativas para o desenvolvimento de cultivares resistentes é a piramidização indireta, baseada na exploração de linhagens quase-isogênicas com diferentes genes de resistência para compor multilinhas. Outro objetivo do presente trabalho foi, portanto, avaliar linhagens quase-isogênicas de arroz com diferentes genes de resistência à brusone e construir multilinhas para testar resistência ao patógeno em condições de campo. As linhagens obtidas apresentaram características agronômicas (ex. produtividade, porte baixo, ciclo, resistência a acamamento, qualidade de grãos, etc.) muito semelhantes às observadas nos seus respectivos genitores recorrentes. As linhagens apresentaram ganho de resistência a diferentes raças de M. oryzae. O efeito de multilinha na contenção da epidemia de brusone no campo foi detectado em experimento baseado na inoculação da bordadura com uma mistura de 15 raças do patógeno e avaliação de sintomas nas linhagens e multilinhas. Observou-se uma redução significativa na taxa de infecção da doença nos tratamentos suscetíveis, atribuída ao emprego de multilinhas. Este resultado sugere que o emprego de multilinhas na produção de arroz no Brasil pode contribuir para a obtenção de resistência mais durável a M. oryzae em regiões com alta diversidade de raças do patógeno. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Rice blast, caused by Magnaporthe oryzae, is one of the most important diseases of rice, due to its broad geographic distribution and capacity to destroy the crop. This disease is a challenge to rice farmers and one of the factors which limit rice yield, especially in the Central Region of Brazil, which is considered an area of high genetic diversity of the pathogen. In this region, rice blast resistance has been overcome only one or two years after a new resistant cultivar is commercially released. One of the objectives of the present work was to map blast resistance genes in the rice genome in order to intensify the development of strategies to use genes conferring major or partial resistance by breeding programs. In this study, the evaluation of the phenotypic interaction between M. oryzae isolates collected in the Araguaia River Valley and parents of a population of recombinant inbred lines (RIL) allowed the identification of isolate 623, physiological race IA-1, which is able to induce incompatibility reaction (resistance) in the traditional tropical japonica variety Puteca, and compatibility (susceptibility) in the traditional tropical japonica variety Chorinho. DNA polymorphism analysis in 192 microsatellite and SNP loci, distributed in the rice genome, allowed the construction of a genetic map with 1074.19 cM and average recombination distance of 5.59 cM between markers. Interaction phenotype and linkage analysis allowed the identification of microsatellite locus RM7213, located near the centromere region of chromosome 6, significantly associated with resistance to M. oryzae 623. This gene was temporarily called Pi-Put1. The region of maker RM7213 has a cluster of blast resistant genes, some of them with broad resistance to blast races. This region can be further explored by breeding programs in order to obtain new cultivars resistant to the pathogen. One of the alternatives for the development of blast resistant cultivars is indirect gene pyramiding, based on the exploration near-isogenic lines with different resistant genes to compose multilines. Another objective of this work was to evaluate near isogenic lines with different resistant genes and build multilines to test for blast resistance in the field. The lines showed agronomic traits (eg. yield, plant height, cycle, lodging resistance, grain quality, etc.) very similar to their respective recurrent parents. The lines also presented additional resistance to different races of M. oryzae in relation to their recurrent parents. The effect of multilines to deter blast epidemics in the field was detected in an experiment based on the inoculation of the experimental borders with a mixture of 15 races of M. oryzae, followed by phenotypic evaluation of the lines and multilines during the epidemics. A significant reduction in the rate of disease infection in susceptible controls was attributed to the use of multilines. This result suggests that the use of multilines in rice production in Brazil could contribute to obtain durable resistance to M. oryzae in regiões with high genetic diversity of the pathogen.