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Título: Durable resistance to asian soybean rust by gene pyramiding durable resistance to asian soybean rust by gene pyramiding
Título(s) alternativo(s): Resistência durável à ferrugem asiática da soja por piramidação gênica
Autor(es): Meira, Daniela
Orientador(es): Benin, Giovani
Palavras-chave: Soja - Cultivo
Ferrugem asiática
Grãos - Doenças e pragas
Soja - Melhoramento genético
Genes - Pesquisa
Soybean - Planting
Phakopsora pachyrhizi
Grain - Diseases and pests
Soybean - Breeding
Genes - Research
Data do documento: 11-Fev-2022
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Pato Branco
Citação: MEIRA, Daniela. Durable resistance to asian soybean rust by gene pyramiding durable resistance to asian soybean rust by gene pyramiding. 2022. Tese (Doutorado em Agronomia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2022.
Resumo: O objetivo deste estudo foi evidenciar a evolução da pesquisa científica sobre o fungo Phakopsora pachyrhizi sobre a soja; desenvolver e validar marcadores moleculares KASP em populações de soja para resistência a ferrugem Asiática da soja (FAS) dos genes Rpp1 (PI 200492, PI 594538A, PI 587880A, PI 594723), Rpp2 (PI 230970), Rpp3 (PI 506764), Rpp4 (PI 459025A), e Rpp5 (PI 506764, PI 200487); e piramidar genes Rpp em populações de soja. Análise cientométrica foi aplicada no banco de dados Thomson Reuters Web of Science que reportaram estudos de FAS de 1945 a 2018. Inúmeros artigos sobre a etiologia do fungo, melhorar estratégias de controle do patógeno foram desenvolvidos. Houve um aumento no número de publicações entre 2005 a 2013, devido a disseminação da FAS na América. Vários países, instituições e cientistas de plantas estão profundamente envolvidos na pesquisa de ASR e têm feito esforços para controlar esta doença e garantir a segurança alimentar em todo o mundo. Para o desenvolvimento de populações F2 de soja, foram realizados cruzamento entre fontes suscetíveis (55I57RSF IPRO, 63I64RSF IPRO) x resistentes a FAS (PI 200492, PI 594538A, PI 587880A, PI 594723, PI 230970, PI 506764, PI 459025A, PI 200487), foram avaliados a campo para reação fenotípica de FAS. Marcadores SNP foram desenvolvidos de acordo com marcadores associados com os genes Rpp, disponíveis no SoyBase, usando metodologia KASP. Com base na leve diferença na posição do mapa e diferente reação fenotípica de PI 200492, a PI 594723 carrega gene de resistência Rpp1-b mapeado em Chr 18, em região de 12,4 cM. Um total de 26 marcadores KASP foram significativamente associados com FAS. Entre estes, M1, M5 e M6 (Rpp1), M13 e M14 (Rpp2), M16, M17 e M20 (Rpp3), M25 e M26 (Rpp4), e M27 e M28 (Rpp5) tem potencial para serem usados na seleção assistida por marcadores. A partir da validação dos marcadores, quinze populações com diferentes combinações de genes Rpp foram desenvolvidas, linhagens F3 foram avaliadas para resistência fenotípica e rendimento de grãos. O Rpp1-b de diferentes fontes de resistência (PI 587880A, PI 594723, PI 594538A) têm maior resistência e rendimento, comparado aos outros genes. As melhores combinações de genes foram Rpp1-b + Rpp5, não apresentando formação de uredinia nem esporulação em mais de 70% da população. Linhagens piramidadas desenvolvidas neste estudo têm potencial para serem utilizadas em programas de retrocruzamento para melhorar a resistência à ferrugem da soja asiática.
Abstract: The objective of this study was to summarize the evolution of scientific research about fungus Phakopsora pachyrhizi affecting soybean; to develop and validate KASP molecular markers in soybean populations for Asian soybean rust (ASR) resistance genes Rpp1 (PI 200492, PI 594538A, PI 587880A, PI 594723), Rpp2 (PI 230970), Rpp3 (PI 506764), Rpp4 (PI 459025A), and Rpp5 (PI 506764, PI 200487), and pyramid Rpp genes in soybean populations. A scientometric analysis was applied in the Thomson Reuters Web of Science database that reported studies of the ASR from 1945 to 2018. Several articles aiming to understand fungal etiology and strategies to control the pathogen were published. There was an increase in the number of publications between 2005 and 2013 related to ASR dissemination in America. Several countries, institutions, and plant scientists are deeply involved in ASR research and have been making efforts to control this disease and ensure food security worldwide. The F2 soybean populations derived from crosses between rust-susceptible (55I57RSF IPRO, 63I64RSF IPRO) x rust-resistant sources (PI 200492, PI 594738A, PI 587880A, PI 594723, PI 230970, PI 506764, PI 459025A, and PI 200487), were individually evaluated in field conditions for ASR phenotypic reactions. SNP markers were developed according to markers associated with Rpp genes available at the SoyBase, using KASP methodology. Based on a slight difference in map position and different phenotypic disease reactions of PI 200492, the PI 594723 carries a resistance gene Rpp1-b mapped in Chr 18 in a 12.4 cM region. A total of 26 KASP markers were significantly associated with ASR. Among these, M1, M5, and M6 (Rpp1), M13 and M14 (Rpp2), M16, M17 and M20 (Rpp3), M25 and M26 (Rpp4), and M27 and M28 (Rpp5) had the potential to be used in marker-assisted selection strategies. From the markers validation, fifteen pyramided populations with different Rpp genes were developed, and the F3 lines were evaluated for phenotypic resistance and yield. The Rpp1-b of different resistant sources (PI 587880A, PI 594723, PI 4538A) have higher resistance and yield performance comparing other genes. The best gene combinations were Rpp1-b + Rpp5, showing neither uredinia formation nor sporulation in more than 70% of the F3 population. Rpp-pyramided lines developed in this study have the potential to be used in backcross programs for improving Asian soybean rust resistance.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/27205
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