Genome-wide association of SNPs markers with wheat resistance to pre-harvest sprouting

Pre-harvest sprouting (PHS) in wheat, has been responsible for considerable losses in productivity and quality in several growing regions worldwide. Several breeding programs have sought to select genotypes with high levels of resistance, but due to the complexity of the trait, the advances achieved are inexpressive, and most efficient techniques to identify superior genotypes are demanded. Thus, the objective of this study was to perform a genome-wide association analysis, for identify SNPs markers and genomic regions associated with resistance to PHS in wheat, for later use in marker-assisted selection (MAS). For this, 344 wheat genotypes of different times and companies that represents the genetic basis of wheat grown in Brazil were used. The experiment consisted of three main steps: genotyping, phenotyping and genome-wide association analysis. In the genotyping step, the DNA extraction and quantification was conducted, and the samples were genotyped with a DNA chip for detection of SNPs containing 35,000 SNPs for the wheat genome. In the phenotyping step, an experiment was conducted in Cascavel-PR, in a randomized block design with three replicates. The genotypes were evaluated at physiological maturity, with the collection of 20 spikes per genotype, and these were subjected to a simulated rainfall for germination, being then allocated scores according to the germination rate observed. After the genotypic and phenotypic determinations, it was conducted a genome-wide association analysis to identify molecular markers associated with resistance to PHS. Ten significant markers were identified on chromosomes 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B and 7D, where QTLs (Quantitative Trait Loci) associated with pre-harvest sprouting resistance are present. The SNPs were localized in genes encoding enzymes involved in the gibberellin and abscisic acid signaling pathways, maltose hydrolysis and cell division and stretching. The explanation of the phenotypic variation by the significant markers ranged from 4.2 to 5.4%, which is expected for quantitative traits. Significant markers identified in the present study, after being validated, could be used in MAS programs for the early selection of genotypes more resistant to PHS in wheat, allowing the obtainment of desirable genotypes in the more agile and precise way.A germinação pré-colheita em trigo, têm sido responsável por perdas consideráveis de produtividade e qualidade em diversas regiões produtoras a nível mundial. Diversos programas de melhoramento têm buscado selecionar genótipos com elevados níveis de resistência, mas em função da complexidade da característica, os avanços obtidos são pouco expressivos, e técnicas mais eficientes para identificação de genótipos superiores são necessárias. Dessa forma, o objetivo do presente estudo foi realizar uma análise de associação genômica, a fim de identificar marcadores SNPs e regiões genômicas associadas com a resistência a germinação pré-colheita em trigo, para posterior utilização em seleção assistida por marcadores moleculares (SAM). Para isso, foram utilizados 344 genótipos de trigo de diferentes empresas obtentoras e épocas de lançamento, que representam a base genética do trigo cultivado no Brasil. O experimento foi constituído por três etapas principais: a genotipagem, a fenotipagem e a análise de associação genômica. Para a genotipagem, foi realizada a extração e quantificação do DNA, e as amostras foram genotipadas com um chip de DNA para detecção de SNPs contendo 35 mil SNPs para o genoma do trigo. Na etapa de fenotipagem, foi conduzido um experimento em Cascavel-PR, em delineamento experimental de blocos cazualizados com três repetições. Os genótipos foram avaliados na maturidade fisiológica, a partir da coleta de 20 espigas por genótipo, as quais foram submetidas a um simulador de chuva para germinação, sendo então atribuídas notas de acordo com o índice de germinação apresentado. Após as determinações genotípicas e fenotípicas, foi realizada a análise de associação genômica a fim de identificar marcadores moleculares associados com a resistência à germinação pré-colheita. Foram identificados dez marcadores significativos nos cromossomos 3B, 4A, 5B, 5D, 6D, 7B e 7D, onde estão presentes QTLs (Quantitative Trait Loci) associados com a resistência a germinação pré-colheita. Os SNPs foram localizados em genes codificadores de enzimas envolvidas em vias de sinalização de giberelinas e ácido abscísico, hidrólise de maltose e alongamento e divisão celular. A explicação da variação fenotípica pelos marcadores significativos variou de 4,2 a 5,4%, o que é esperado para caracteres quantitativos. Os marcadores significativos identificados no presente estudo, após validados, poderão ser utilizados em programas de SAM, para a seleção precoce de genótipos mais resistentes a germinação pré-colheita, propiciando a obtenção de genótipos desejáveis de maneira mais ágil e precisa