Caracterização genética da coleção nuclear do arroz por marcadores ESTs e SSRs visando a busca por diversidade alélica em genes que controlam características relacionadas à produtividade e qualidade de grãos.

Vaz, ARC; Brondani, RPV; Rangel, PN; Borba, T; Grisi, MCM; Louzada, GA; Brondani, C. vaz_arc@yahoo.com.br

Laboratório de Biotecnologia, Embrapa Arroz e Feijão.

Palavras-chave: marcadores moleculares, Oryza, diversidade gênica.

Introdução

A eficiente administração e uso da variabilidade genética contida em coleções de germoplasma de espécies cultivadas é um desafio para todos os programas de melhoramento genético do mundo. A incorporação de um componente genômico funcional no programa de melhoramento genético fornecerá subsídios para se efetuar uma busca direcionada por variabilidade alélica de genes que controlam os caracteres de interesse através da análise em acessos de arroz da coleção de germoplasma (Brondani & Brondani, 2004).

A Coleção Nuclear Brasileira de Arroz (CNBA) é composta por 550 acessos, divididos em 3 estratos: Variedades Tradicionais, genótipos melhorados brasileiros, e genótipos melhorados introduzidos de outros países. O estrato mais importante é o de VTs, por representar a varibilidade genética de um germoplasma adaptado a uma grande diversidade de ambientes onde se cultiva o arroz no Brasil, e que por isto possuem grande potencial de uso no melhoramento.

Objetivos

1. Caracterização genética de locos ESTs (Expressed Sequence Tags) e SSRs (Microssatélites) associados a características relacionadas à qualidade de grãos, visando a identificação da diversidade alélica nos acessos da CNBA;

2. Gerenciamento da variabilidade genética existente nos grupos de acessos de arroz de sequeiro e irrigado para a estruturação de futuros cruzamento utilizando genótipos da CNBA com maior potencial para transferência dos alelos diferenciais através do cruzamento com variedades elite de arroz.

Metodologia

Fizeram parte da análise de diversidade genética, 384 acessos de arroz que compõem a CNBA, divididos em 6 grupos: Variedades tradicionais (VT) de arroz irrigado; VT de arroz de sequeiro; introduções (I) de arroz irrigado; I de arroz de sequeiro; genótipos melhorados (GM) de arroz irrigado; GM de arroz de sequeiro.

Para a análise genética foram utilizados marcadores ESTs relacionados à característica de qualidade de grão, identificados após uma busca no GenBank; e marcadores SSRs associados a QTLs para produtividade. A detecção de polimorfismo alélico foi efetuada em géis de poliacrilamida a 4% corado com nitrato de prata de acordo com Bassam et al. (1991).

Estimou-se o número de alelos polimórficos e restritos de cada grupo; a heterozigosidade observada (Ho), diversidade gênica (He) e análise de similaridade genética utilizando os programas estatísticos GDA, TFPGA e Ntsys (Lewis & Zaykin,

2000; Miller, 1997; Rohlf, 1989).

Resultados

A análise genética com 11 marcadores ESTs e 9 marcadores SSRs identificou uma média de 4,65 alelos por loco (Figura 1). Os índices médios de He foram sempre maiores para o grupo de acessos de arroz irrigado (44%), e menores para de arroz de sequeiro (23%).

Os acessos introduzidos de arroz irrigado apresentaram o maior índice de He (50%), enquanto os acessos do material de melhoramento de sequeiro, os menores (16%). O valor médio encontrado para He (33%) foi superior ao índice de Ho (6,5%). Ao todo foram identificados 93 alelos.

O dendrograma obtido (Figura 2) utilizando os dados da matriz de distância genética (Rogers modficado, r = 0,95) mostra a predominância de dois grandes grupos, divididos em arroz e sequeiro e irrigado. A distância genética média entre os acessos de arroz irrigado e de sequeiro foi de 49%, sendo a distância média entre os acesso de irrigado de 30% e os de sequeiro de 20%.

Polimorfismo de SSRs x ESTs: Marcadores derivados de locos SSR apresentaram maior informatividade ( He = 0,57) que locos derivados de sequências expressas - ESTs ( He = 0,40). Apesar de menos informativos, o uso de marcadores ESTs são importantes por que podem ser relacionados diretamente com características de importância agronômica, como no caso da qualidade de grão (frações proteína e carboidrato), priorizada no desenvolvimento dos ESTs desenvolvidos neste trabalho.

Discussão e Conclusões

Os maiores índices de diversidade gênica encontrados foram sempre referentes aos acessos de arroz irrigado. Estas estimativas estão de acordo com o histórico de introdução do arroz no Brasil. Introduções de arroz irrigado são provenientes de vários locais no mundo e diversas regiões do continente Asiático, enquanto os acesso de arroz de sequeiro são oriundo de áreas restritas no continente Asiático;

A grande diferença encontrada na variabilidade genética destes dois grupos de genótipos melhorados é resultante da utilização de genitores com maior grau de parentesco no grupo de arroz de sequeiro, uma vez que o Brasil é um dos únicos países do mundo que possuem um programa para este ambiente de cultivo, condição totalmente contrária do arroz irrigado;

Existe a necessidade de utilização da variabilidade genética existente no grupamento VT de arroz de sequeiro e irrigado brasileiras no programa de melhoramento de sequeiro, por representar um grupo de acessos geneticamente divergente, e com potencial para ampliar a base genética das cultivares comerciais de arroz;

Esta forma de selecionar os recursos genéticos do arroz, priorizando aqueles que possuam alelos diferenciais para genes de interesse, possibilitará explorar com maior eficiência a variabilidade genética, culminando com o lançamento de melhores cultivares de arroz.

Acessos de arroz irrigado ainda mantém variabilidade genética suficiente para viabilizar sua utilização no programa de melhoramento. Esta informação já está sendo utilizada pelo grupo de melhoristas para a inserção de novos genótipos no programa de cruzamentos, a fim de aumentar a probabilidade de ganhos genéticos para características de importância econômica para o arroz de sequeiro.

Referências bibliográficas

Bassam, B.J.; Caetano-Anolles, G. and Gresshoff, P.M. (1991) Fast and sensitive silver staining of DNA in polyacrilamide gels. Analytical Biochemistry 196: 80-83.

Brondani, R.P.V.; Brondani, C. (2004) Germoplasma: Base para a nova agricultura. Ciência Hoje. V. 35, p 70-73.

Lewis, P.O.; Zaykin, D. (2000) Genetic Data Analysis: Computer program for the analysis of allelic data. Version 1.0 (d15) Free program distributed by authors over the Internet from the GDA Home Page at http://alleyn.eeb.uconn.edu/gda/2000.

Miller, M. (1997) Tools For Population Genetic Analyses (TFPGA) 1.3: A windows program for analyses of allozyme and molecular population genetic data.

Rolf, F.J. (1989) NTSYS-Pc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System. Exeter publisher, New York.

Agradecimentos: CNPq/Profix, CNPq/IC e DTI.

Figura 1. Caracterização molecular utilizando marcadores EST (A) e SSR (B) nos grupos de acessos da CNBA: VT irrigado (1 a 30), VT sequeiro (31 a 60), GMI irrigado (61 a 69), GMI sequeiro (70 a 78), GMB irrigado (79 a 87) e GMB sequeiro (88 a 96).

Figura 2. Dendrograma baseado em freqüências alélicas ilustrando a divergência genética entre os grupos de acessos avaliados da CNBA.