Regiones genómicas asociadas a la resistencia a insectos y al rendimiento en maíz

El taladro mediterraneo del maiz (MCB), Sesamia nonagrioides, es la plaga mas importante del maiz, Zea mays, en los paises mediterraneos, causando perdidas significativas de rendimiento. El conocimiento avanzado sobre la genomica de la resistencia natural del maiz al taladro podria ayudar a disenar programas de mejora para obtener variedades con mayor resistencia y/o tolerancia a los ataques del taladro. El objetivo principal de este estudio fue validar QTL (“quantitative trait loci”) previamente detectados e identificar QTL y genes para resistencia y caracteres agronomicos bajo alta infestacion con S. nonagrioides. Para ello utilizamos tres poblaciones de mapeo: HIF (“heterogeneous inbred families”), RIL (“recombinant inbred lines”) y MAGIC (“multi-parent advanced generation inter-cross”). La poblacion HIF se utilizo para validar QTL para longitud de galerias, rendimiento y floracion, previamente detectados en el analisis de la poblacion RIL de mapeo EP42 × EP39. La ubicacion y el efecto del QTL para rendimiento de grano se confirmaron en el analisis de la poblacion HIF. La fijacion fuera de la region objetivo llevo a un aumento en la proporcion de la varianza fenotipica explicada por el QTL (de 10,7% a 34,9%). Sin embargo, el QTL de longitud de galerias no fue validado probablemente debido a la fijacion de genes relacionados con la resistencia al taladro del maiz o la floracion. Por otra parte, el analisis HIF permitio la deteccion de nuevos QTL uno para la altura de la planta, no detectado previamente probablemente debido al efecto confundido de QTL multi segregantes, y otro QTL para la longitud de galerias, en una region no genotipada en la poblacion biparental original. Un segundo estudio se realizo con una poblacion RIL con 162 lineas obtenidas de la cruza A637 × A509. Esta investigacion se realizo para identificar QTL para la resistencia a S. nonagrioides y caracteres agronomicos. Ademas, se utilizaron cuatro indices para identificar QTL para mejorar dos o mas caracteres simultaneamente. Se detectaron 12 QTL significativos para caracteres agronomicos y de resistencia. Los QTL en los bins 1.10 y 5.04 fueron interesantes porque la misma variante alelica en estos QTL mejoro simultaneamente el rendimiento y la resistencia a los insectos. Se encontraron algunos QTL para indices que combinan caracteristicas de rendimiento y resistencia, especialmente en la region 10.02-10.03. La seleccion de genotipos con el alelo favorable del QTL en el cromosoma 5 (bin 5.01) reducira la longitud de galerias sin afectar al rendimiento, la floracion y la altura de planta y el QTL en la region 5.04 podria utilizarse para mejorar la resistencia del tallo y el rendimiento simultaneamente. El alelo del QTL en la region 1.10 podria mejorar la resistencia en mazorca, en tallo y el rendimiento, sin efectos negativos secundarios sobre otros caracteres. Una tercera investigacion consistio en un estudio de asociacion de todo el genoma (GWAS) en una poblacion MAGIC con 607 lineas. Esta poblacion se construyo con 8 padres (A509, EP125, EP86, PB130, F473, EP53, EP17 y EP43) con diferentes mecanismos de resistencia a S. nonagrioides y diferentes origenes: EP17, EP43, EP53, EP86; PB130 y F473 provienen de germoplasma europeo; y A509 y EP125 de germoplasma de Estados Unidos. En este estudio se utilizaron dos conjuntos de datos con 29.292 y 224.363 SNPs (“single nucleotide polymorphisms”). En la poblacion MAGIC identificamos 9 SNPs para resistencia en grano, correspondiente a 7 QTL en los que hay 6 genes candidatos con funcion descrita. Tambien se encontraron 75 SNPs para altura de planta correspondiente a 48 QTL. Para floracion se encontraron 47 SNPs significativos y 34 QTL. Para longitud de galerias se encontraron 5 SNPs significativos y 5 QTL con 9 genes candidatos con funcion descrita. Finalmente, para rendimiento de grano se encontraron 28 SNPs significativos y 15 QTL. La longitud de las galerias esta positivamente correlacionada con el rendimiento, esto podria deberse a la relacion de ambos caracteres con la altura de planta. Para resistencia en grano se localizo un gen candidato GRMZM2G178190 que codifica para una proteina macrofagica asociada a la resistencia natural. Para longitud de galerias se localizo el gen candidato GRMZM2G057140 que codifica una enzima: fosfatasa acida, utilizada en la regeneracion de la pared celular de las plantas. El papel de la pared celular como defensa frente al ataque de los taladros ya ha sido descrito, en concreto para la PB130 y la EP125, ambas parentales de la MAGIC. Con los 5 QTL detectados para longitud de galerias es posible disenar un programa de mejora genetica con MAS (“marker assisted selection”) para disminuir la longitud de galerias sin descuidar los QTL de mayor efecto en rendimiento, mejorando asi favorablemente ambos caracteres.