Search and identification of resistance to soybean stem canker caused by Diaporthe phaseolorum var. caulivora

La agricultura moderna requiere estrategias que incrementen la productividad de manera sustentable y el compromiso de mejorar y preservar la calidad de vida urbana, rural y el ambiente. Estados Unidos, Brasil y Argentina son los principales productores mundiales de soja; siendo los responsables del 80% de la producción de grano entre 1996-2017. En Argentina y el mundo las enfermedades causan pérdidas del 10-15%, constituyendo un factor limitante para el rendimiento y calidad de granos, semillas y derivados. La cancrosis del tallo de soja (CTS) es causada por el hongo Diaporthe phaseolorum en sus dos variedades: var. meridionalis (Dpm) y var. caulivora (Dpc). En el germoplasma de soja se identificaron 4 genes de resistencia dominantes, independientes y de herencia simple para la CTS-Dpm, actualmente denominados Rdm1-4. Posteriormente, se identificó y localizó en el mapa genético de soja al gen Rdm5. Sin embargo, los genes Rdm identificados para CTS-Dpm, no eran efectivos frente a CTS-Dpc. En consecuencia y dado que en el germoplasma de soja aun no habían sido identificados los genes Rdc para CTS-Dpc, esta enfermedad representó un desafío relevante en las últimas dos décadas. En virtud de que ciertos estudios realizados previamente habían mostrado la existencia de genotipos de soja con resistencia a CTS-Dpc, se propuso identificar y definir la herencia de genes Rdc de resistencia a esta enfermedad a través de técnicas mendelianas clásicas combinadas con marcadores moleculares específicos. Durante el desarrollo de esta tesis se obtuvieron cruzamientos efectivos entre genotipos diferenciales resistentes y susceptibles a CTS-Dpc, y sus respectivas F1. En esta etapa se incorporó el uso de marcadores moleculares como técnica biotecnológica complementaria, permitiendo detectar polimorfismos entre progenitores diferenciales y validar molecularmente a los individuos heterocigotas F1. Esta validación de la dotación heterocigota de los individuos F1, resultante de la hibridación efectiva entre sus progenitores, permitió avanzar en la obtención segura de las poblaciones segregantes F2 y F3. Luego, mediante la inoculación de una cepa seleccionada de Dpc, se caracterizó la reacción fenotípica de resistencia/susceptibilidad frente a CTS-Dpc de los progenitores (Resistente y Susceptible), los individuos F1, los individuos F2 y las plantas de cada familia F2:3 derivadas de una misma planta F2 (Pruebas de Progenie). A través de las proporciones fenotípicas observadas en las Pruebas de Pprogenie y filial F3 se logró inferir las proporciones genotípicas esperadas de los individuos respectivos antecesores en la generación F2. Como resultado, se logró detectar la presencia de un gen mayor de herencia simple que confiere resistencia a la CTS, siendo identificado como Rdc1, constituyendo éste el primer reporte mundial sobre genes de resistencia (Rdc) a CTS-Dpc. Los resultados obtenidos dieron cumplimiento a los objetivos planteados y permitirán además introgresar este gen Rdc de resistencia a CTS-Dpc en el germoplasma elite de soja, agregando valor e interés en los actuales programas de mejoramiento. Así, el mejoramiento genético convencional combinado con el uso de las nuevas herramientas biotecnológicas, seguirá contribuyendo al desarrollo de una agricultura sustentable y la reducción de la contaminación química y biológica residual.Modern agriculture requires strategies that increase productivity in a sustainable manner and commitment to improve and preserve the quality of urban, rural and environmental life. In Argentina and the world, soybean diseases constitute a limiting factor of yield and quality of the grains, seeds and derivates, causing between 10 and 15% of losses. Soybean stem canker (SSC) is caused by two varieties (var.) of the fungus Diaporthe phaseolorum: var. meridionalis (Dpm) and var. caulivora (Dpc). In soybean germplasm resistance genes were identified for SSC-Dpm. However, soybean genotypes bearing Rdm genes were not effective against SSC-Dpc. Since soybean germplasm does not have Rdc genes identified for SSC-Dpc, this disease represents a relevant challenge. In this context, it was proposed to identify and define the inheritance of Rdc resistance genes to SSC-Dpc through classical mendelian techniques assisted by specific molecular markers. Effective crosses between resistant and susceptible genotypes to SSC-Dpc, plus their respective F1, were obtained. At this stage, the use of molecular markers was incorporated as a complementary biotechnological technique, allowing the detection of polymorphisms between differential progenitors and the molecular validation of F1 heterozygous individuals. The validation of the heterozygous endowment of F1 individuals, resulting from the effective hybridization of their parents, allowed to progress in the secure obtaining of segregating populations F2 and F3. Later, through the inoculation of a selected Dpc isolate, phenotypic reaction of the resistance/susceptibility to SSC-Dpc was evaluated in the progenitors (Resistance and Susceptible), F1 individuals, F2 individuals and plants of each F2:3 family derived from a single plant F2 (Progeny tests). Through the phenotypic proportions observed in Progeny tests and F3 individuals, genotypic proportions of F2 population were calculated. As a result, the detection of the presence of a major gene of simple inheritance that confers resistance to SSC, identified as Rdc1, was detected, constituting the first report about resistance genes to SSC-Dpc. The results allowed to achieve the proposed objectives and advance in the study of new Rdc genes for SSC-Dpc and resistance genes for others important diseases, adding value and interest in the current breeding programs. For this reason, conventional breeding combined with new biotechnology techniques offers a relevant and accessible tool that contributes to decrease chemicalbiological residual contamination and improves the development of a sustainable agriculture.Fil: Peruzzo, Alejandra María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Investigaciones en Ciencias Agrarias de Rosario; Argentin