Localización de QTL e identificación de genes de resistencia y/o tolerancia a la plaga de los taladros del maíz

Resumen

El taladro Mediterráneo (Sesamia nonagrioides Lefebvre) es una de las plagas de insectos más importante para el cultivo del maíz en la región Mediterránea, incluyendo el noroeste de España. Los métodos utilizados por los agricultores para mantener la plaga bajo control van desde la aplicación de insecticidas químicos hasta el uso de maíz transgénico (maíz Bt). La investigación en mejora genética vegetal constituye la mejor estrategia para obtener plantas resistentes a insectos para aquellos países donde los cultivos modificados genéticamente no están permitidos e incluso para fortalecer aún más la resistencia de los materiales transgénicos. Los avances de la biología molecular, la bioinformática y la genética estadística ofrecen la posibilidad de explorar con mayor detalle y precisión la variación genética natural de un carácter tan poligénico como lo es la resistencia a insectos en plantas. El objetivo de esta investigación fue identificar loci de caracteres cuantitativos o QTL y genes que controlan la resistencia y/o tolerancia del maíz al ataque de S. nonagrioides, para lo cual se emplearon dos enfoques distintos y dos poblaciones de mapeo distintas. Por un lado se realizó un estudio para buscar QTL de resistencia y rendimiento bajo infestación con S. nonagrioides, así como otros caracteres agronómicos en una población de líneas recombinantes (RIL) derivadas del cruce de EP42 (maíz tipo Liso Europeo) × A637 (derivada de una población de maíz ¿Reid¿), un fondo genético no explorado anteriormente para resistencia a los taladros. En este primer estudio se utilizó un mapa genético construido a partir de marcadores micro satélites (SSR). Por otro lado se realizó un estudio de asociación (GWAS) para buscar genes de resistencia a este insecto utilizando un panel de asociación de líneas de maíz que representan la diversidad disponible en los programas de mejora del sector público en todo el mundo. En este segundo estudio se utilizaron más de 240000 marcadores SNP distribuidos en todo el genoma. En el primer estudio se identificaron seis QTL para caracteres de resistencia y doce QTL para caracteres agronómicos: un QTL para longitud de galerías y otro para encamado de tallo, cuatro QTL para caracteres de resistencia en mazorca, un QTL para rendimiento bajo infestación, dos QTL para humedad de grano, dos QTL para días a floración masculina y dos para días a floración femenina, tres QTL para altura de planta y dos QTL para altura de mazorca. No se encontraron correlaciones genéticas significativas entre rendimiento y los otros caracteres evaluados. La prueba de validación cruzada (VC) demostró que la estimación del sesgo para los QTL de resistencia fue mayor que el de los QTL para caracteres agronómicos. Los resultados de este estudio destacan la importancia que tiene una región (hot spot) del cromosoma 9 (bin 9.03) que podría albergar genes que controlan la resistencia a los taladros y la altura de planta y de mazorca. Además sugieren la presencia de QTL con efectos menores sobre la resistencia en mazorca. El QTL de rendimiento parece jugar un papel importante en la tolerancia a S. nongrioides en este fondo genético. Los altos valores de sesgo en la estimación de los efectos de la mayoría de los QTL observados en la VC puede deberse principalmente al tamaño pequeño de la población utilizada y el sesgo fue mayor en los QTL para los caracteres de resistencia debido a la complejidad genética de estos caracteres. En base a este estudio se considera más apropiado seleccionar por rendimiento bajo infestación en lugar de hacerlo por caracteres de resistencia porque la resistencia podría tener asociaciones desfavorables con los caracteres agronómicos. Del segundo estudio se obtuvieron veinticinco SNP significativamente asociados a caracteres de resistencia: diez asociados a longitud de galerías, cuatro asociados a daño de tallo relativo y once asociados a resistencia de grano. La variante alélica de cada SNP significativo explico entre 6 y 9% de la varianza fenotípica observada. Se propuso como genes candidatos a aquellos genes que contienen o están cerca de cada SNP significativamente asociado al carácter, en base a la evidencia previamente publicada sobre la implicación funcional en los mecanismos de defensa de la planta de cada gen candidato. El desequilibrio de ligamiento en este estudio decayó (r2 < 0,10) rápidamente en distancias cortas, sugiriendo una resolución alta del GWAS. La mayoría de los genes candidatos encontrados en este estudio forman parte de rutas de señalización, otros actúan como reguladores de expresión bajo condiciones de estrés biótico y unos pocos genes son enzimas con efecto antibiótico contra insectos tales como el gen cystantin1 y las proteínas defensinas. Estos hallazgos contribuyen al entendimiento de la compleja relación existente entre los insectos y las plantas hospedantes.