Genetic mapping of toropi wheat variety in response to leaf rust and aluminium toxicity

O trigo (Triticum aestivum L.) é uma cultura com distribuição mundial, razão pela qual está frequentemente exposto aos mais variados tipos de estresses de origem biótica e abiótica. Dentre as doenças, destaca-se a ferrugem da folha causada pelo fungo biotrófico Puccinia triticina, que tem a capacidade para ocasionar decréscimos de produtividade em torno de 50%. Nos estresses abióticos, destaca-se o proporcionado pelos solos ácidos, que está associado à toxicidade por alumínio (Al). Para lidar com estes problemas, a melhor estratégia é a utilização de cultivares resistentes a P. triticina e tolerantes ao Al. Sendo assim, os objetivos desse trabalho foram realizar uma revisão com o levantamento dos loci de resistência à ferrugem da folha publicados de 1971 a 2017, caracterizar fenotípica e genotipicamente uma população biparental de linhagens endogâmicas recombinantes (RILs), oriunda do cruzamento entre Toropi x IAC13, para a resistência à ferrugem da folha e tolerância ao Al. Foram realizadas três fenotipagens em casa de vegetação para ferrugem da folha e um conjunto de oito ensaios hidropônicos para o Al tóxico. O DNA de todas as RILs foi extraído para genotipagem utilizando marcadores DArT-Seq (Diversity Array Technology) e microssatélites. Foram revisados 188 QTLs (Quantitative Trait Loci) para ferrugem da folha derivados de populações de mapeamento biparental, 165 de estudos de GWA (Genome-Wide Association) e 35 Meta-QTLs. A partir dos ensaios realizados para ferrugem da folha foi possível identificar sete QTLs. Os loci derivados de Toropi foram nomeados de QLr.ufrgs-1A, QLr.ufrgs-2A e QLr.ufrgs-3B. Os associados ao IAC13 foram QLr.ufrgs-2D, QLr.ufrgs-5A, QLr.ufrgs-6B e QLr.ufrgs-7D. Este estudo gerou um mapa de ligação de 2.598,77 cM com uma distância média de 1,81 cM entre os marcadores. O mesmo mapa foi utilizado para a identificação de regiões genômicas de interesse nos ensaios de tolerância ao Al. Toropi mostrou-se como tolerante ao Al tóxico enquanto IAC13 foi moderadamente suscetível. Os genes TaALMT1 e TaMATE1B foram confirmados no background de Toropi e nenhum loci de tolerância foi associado a cultivar IAC13. Adicionalmente, não foi possível encontrar nenhum loci novo associados à toxicidade por Al nesta população.Wheat (Triticum aestivum L.) is a widespread crop, reason why it has frequently being exposed to the most diverse stress with biotic and abiotic origins. Among the diseases, it stands out the wheat leaf rust caused by the biotrophic fungus Puccinia triticina, which has the capacity to decrease yield around 50%. Among abiotic stresses, the one caused by acid soils, which is commonly associated to aluminium (Al) toxicity, is the most important. Therefore, the objectives of this work were to make a review of the data survey of the resistant loci to leaf rust published from 1971 to 2017 and to characterise phenotypic and genotypic a biparental population of recombinant inbreed lines (RILs) from the cross Toropi x IAC13 to leaf rust resistance and Al tolerance. It was conducted three phenotypic experiments to screen on greenhouse for leaf rust severity and infection type and eight hydroponic subset assays for Al toxicity. The DNA of all RIL was extracted for genotypic analyses using and DArT-Seq (Diversity Array Technology) and microsatellites markers. Altogether, it was reviewed 188 QTL (Quantitative Trait Loci) to leaf rust resistance coming from biparental mapping populations, 165 from GWA (Genome-Wide Association) studies and 35 Meta-QTL. From our leaf rust assays it was possible to identify seven QTL. The loci derived from Toropi were named as QLr.ufrgs-1A, QLr.ufrgs-2A and QLr.ufrgs-3B. Those associated to IAC13 were QLr.ufrgs-2D, QLr.ufrgs-5A, QLr.ufrgs-6B and QLr.ufrgs-7D. This study generates a linkage map of 2,598.77 cM with an average distance of 1.81 cM among markers. The same map was used to identify genomic regions of interest on the Al tolerance assays. Toropi showed to be tolerant to Al in toxic levels while IAC13 was moderately susceptible. The TaALMT1 and TaMATE1B genes were confirmed on Toropi background and none tolerance loci was associated to cv. IAC13. Additionally, it was not possible to find any new loci to Al toxicity on this population