Estudos biométricos e de QTL associados à fixação biológica de nitrogênio em feijão-caupi

Os estudos foram realizados para obter informações sobre o controle genético de características relacionadas à fixação biológica do nitrogênio (FBN) no feijão-caupi, para orientar o desenvolvimento de cultivares mais eficiêntes na fixação de N2. Três linhas parentais de feijão-caupi, com diferentes níveis no desempenho simbiótico, IC-1 (ineficiente), BRS Pujante e BRS Marataoã (eficiente), foram cruzadas (IC-1 x BRS Marataoã e IC-1 x BRS Pujante) para obter populações segregantes F2. A segregação foi avaliada baseada em caracteres relacionados à FBN como, matéria seca da parte aérea (MSPA), matéria fresca de nódulos (MFN), número de nódulos (NN) e nitrogênio acumulado (NA). A segregação para plantas eficientes e não eficientes indicou que a fixação de N2 é controlada por dois genes, com efeito epistático dominante recessivo (13:3). As herdabilidades no sentido restrito foram de 78% e 90% MSPA, 58% e 78% para NN, 58% e 86% para MFN e 71% e 85% para NA, para os cruzamentos IC-1 x BRS Pujante e IC-1 x BRS Marataoã, respectivamente. Correlações significativas e positivas foram estimadas entre MSPA x MFN e MFN x N, enquanto NN apresentou correlação negativa significativa com NA e MSPA. Os parentais IC-1 e BRS Marataoã e 90 plantas da população F2, foram genotipadas com 46,300 marcadores de polimorfismo de base única (SNP), dos quais 910 marcadores polimórficos foram utilizados para construção do mapa. Os resultados revelaram 11 grupos de ligações, com média de 82 marcadores por cromossomo e distância média de 1,26 cM entre marcadores. A análise de recombinação dos marcadores SNPs indicou que os marcadores 2_12850 e 2_24723, localizados no grupo de ligação 11, flanquearam o gene da FBN (cpi) com 6,7 cM e 5,64 cM de distância, respectivamente. O método de mapeamento de intervalo composto inclusivo (ICIM), identificou um único QTL para MSPA, NN, e NA explicando 43,4%, 48,2% e 51,24% da variação total, respectivamente. Cinco marcadores SNPs em um dos lados dos QTL foram validados na população F2, IC-1 x BRS Pujante, com a tecnologia tera-primer ARMS-PCR, com 96% de acerto. Estes resultados indicam o potencial de uso destes marcadores na seleção assistida por marcadores para o melhoramento da FBN em feijão-caupi. No geral, os resultados indicam que a FBN em feijão-caupi pode ser aumentada por métodos simples de melhoramento.The studies were carried out to obtain information on the genetic control of traits related to the biological fixation of nitrogen (FBN) in cowpea, to guide the development of cultivars more efficient to N2 fixation. Three parental lines of cowpea, with different levels in symbiotic performance, IC-1 (inefficient), BRS Pujante and BRS Marataoã (efficient), were crossed (IC-1 x BRS Marataoã and IC-1 x BRS Pujante) to obtain F2 populations. Segregation was evaluated by FBN-related parameters, such as dry matter (MSPA), fresh nodule matter (MFN), number of nodules (NN) and accumulated nitrogen (NA). Segregation for efficient and non-efficient plants indicated that N2 fixation is controlled by two genes, with epistatic dominant recessive effect (13: 3). Narrow-sense heritability values were 78% and 90% for MSPA, 58% and 78% for NN, 58% and 86% for MFN and 71% and 85% for NA in the IC-1 x BRS Pujante and IC-1 x BRS Marataoã crosses, respectively. Significant and positive correlations were estimated between MSPA x MFN and MFN x N, while NN showed significant negative correlation with NA and MSPA. The parents, IC-1 and BRS Marataoã, and 90 plants of the F2 population were genotyped with 46,300 single-base polymorphism (SNP) markers, of which 910 polymorphic markers were used for map construction. The results revealed 11 linkage groups, with a mean of 82 markers per chromosome and a mean distance of 1.26 cM between markers. The recombination analysis of the SNP markers indicated 2_12850 and 2_24723 SNPs, located in the linkage group 11, flanking the gene of FBN (cpi) with 6.7 cM and 5.64 cM distance, respectively. The inclusive composite interval mapping method (ICIM) identified a single QTL for MSPA, NN, and NA, that accounted for 43.4%, 48.2%% and 51.24% of the total variation, respectively. Five SNPs markers in one side of the QTL were validated in the F2 population, IC-1 x BRS Pujante, with tera-primer ARMS-PCR technology, with 96% of certainty. This result indicates a potential use of these markers for assisted selection for improvement FBN in cowpea. The over all results indicated that FBN in cowpea can be improved by single breeding methods.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPE