Analisi delle basi genetiche di caratteri coinvolti nella tolleranza a stress biotici ed abiotici in frumento duro (T. turgidum L. subsp. durum (Desf.) Husn.)

Dottorato di ricerca in Biotecnologie vegetaliDurum wheat (Triticum durum Desf.) is a tetraploid species (2n=28, genomes AABB), a very important crop for the human diet, particularly in the Mediterranean basin where about 75% of the world’s durum grain is produced. Grain yield for durum wheat is estimated around 31.9 million tons for 2009/10, (USDA-FAS) with great variation due to drought stress, diseases and pests. A wide research program is in course at the CRA-Cereal Research Center of Foggia (CRA-CER), aimed to the genetic analysis of traits of agronomic relevance for durum wheat, and funded by the national project “AGROGEN - Laboratorio di GENomica per caratteri di importanza AGROnomica in frumento duro: identificazione di geni utili, analisi funzionale e selezione assistita con marcatori molecolari per lo sviluppo della filiera sementiera nazionale”. A number of segregating populations, together with the corresponding genetic maps have been developed in the frame of this project, by starting from crosses between durum wheat varieties contrasting for the traits of interest. The work described in this thesis was carried out by using some of these genetic materials, and was focused on studying genetic basis of yield-related traits, and resistance to biotic and abiotic stresses for the improvement of field performance of durum wheat in the Mediterranean environment. QTLs involved in the control of physiological traits related to water stress response and genomic regions controlling features of seed morphology were localized on a new genetic map constructed in the frame of this thesis and based on the segregating population Ofanto x Senatore Cappelli, a modern and an old durum wheat variety respectively, which are contrasting for a number of morphological and physiological traits. Furthermore, a gene for resistance to Ug99 stem rust was identified and located on the chromosome 6A on a segregating population for which the genetic map was already available at the CRA-CER (Cirillo x Neodur).Il frumento duro (T. turgidum subsp. durum) è una specie tetraploide (2n=28, genoma AABB), ed è una coltura molto importante per la dieta umana, particolarmente nel bacino del Mediterraneo dove è prodotto circa il 75% del grano duro del mondo. Considerando ampie variazioni dovute a siccità e attacchi da patogeni, la produzione di frumento duro è stata stimata attorno a 31.9 milioni di tonnellate nel 2009/2010 (USDA-FAS). Un ampio programma di ricerca è in corso al CRA-Centro di Ricerca per la Cerealicoltura di Foggia (CRA-CER), con lo scopo di studiare dal punto di vista genetico tratti cromosomici controllanti caratteri di importanza agronomica e rientranti nel progetto “AGROGEN - Laboratorio di GENomica per caratteri di importanza AGROnomica in frumento duro: identificazione di geni utili, analisi funzionale e selezione assistita con marcatori molecolari per lo sviluppo della filiera sementiera nazionale”. Un numero di popolazioni segreganti, insieme alle corrispondenti mappe genetiche, sono state sviluppate in questo progetto, incrociando varietà di frumento duro contrastanti per tratti di interesse. Il lavoro descritto in questa tesi è stato eseguito usando alcuni di questi materiali genetici e focalizzandosi sullo studio delle basi genetiche di tratti associati alla produzione ed alla resistenza a stress biotici ed abiotici al fine di migliorare la performance in campo del frumento duro in ambiente mediterraneo. QTLs coinvolti nel controllo di tratti fisiologici associati alla risposta alla siccità e le regioni genomiche controllanti alcune caratteristiche morfologiche del seme sono posizionati sulla nuova mappa genetica costruita, durante il lavoro di tesi, utilizzando una popolazione segregante derivante dall'incrocio tra Ofanto x Senatore Cappelli, una cultivar moderna ed una cultivar antica rispettivamente, contrastanti per numerosi tratti fisiologici e morfologici. Inoltre, un gene per la resistenza al ceppo di ruggine nera Ug99 è stato identificato sul cromosoma 6A della mappa genetica derivante da Cirillo x Neodur