Diversidade genética, estrutura populacional e mapeamento associativo em Coffea canephora.

Abstract

A seleção assistida por marcadores moleculares apresenta-se como uma técnica potencialmente capaz de auxiliar no melhoramento genético do café canéfora. No entanto, para aplicação dessa ferramenta é preciso que sejam identificados, com precisão, marcadores ligados aos fenótipos de interesse. Até o momento, a busca por esses marcadores tem sido feita por meio do mapeamento baseado na ligação genética, que inclui o desenvolvimento de populações controladas e apresenta baixa resolução. Recentemente, a metodologia de mapeamento associativo, baseada no desequilíbrio de ligação, surgiu como uma alternativa para obtenção de marcadores ligados, por meio do mapeamento de alta resolução em populações naturais. O presente trabalho teve como objetivo estudar a diversidade genética, a estrutura populacional e o desequilíbrio de ligação no germoplasma brasileiro de C. canephora, com vistas à implementação da técnica de mapeamento associativo. Foram utilizadas coleções de acessos representativos do germoplasma cultivado e conservado no Brasil, oriundos de quatro instituições de pesquisa, localizadas nos Estados de São Paulo, Espírito Santo, Minas Gerais e Rondônia. As avaliações fenotípicas foram realizadas na Estação Experimental da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), em Ouro Preto do Oeste (RO) e a genotipagem foi realizada no Laboratório de Biotecnologia do Cafeeiro (Biocafé), da Universidade Federal de Viçosa (MG). As análises preliminares de diversidade genética e estrutura populacional foram realizadas utilizando-se um conjunto de 20 microssatélites. Posteriormente, a coleção de acessos com maior diversidade, menor estruturação e menor quantidade de indivíduos aparentados foram genotipadas com 77 microssatélites. Avaliaram-se o desequilíbrio de ligação e a existência de associações entre os marcadores moleculares e algumas características fenotípicas de interesse para o melhoramento da espécie. O germoplasma estudado apresentou diversidade genética expressiva. Observou-se forte estruturação, principalmente, devido a processos evolutivos anteriores a domesticação da espécie. Indícios de sub- estruturação promovidos por eventos recentes também foram constatados. Os grupos varietais Robusta e Conilon apresentaram-se bastante diferenciados. No grupo Conilon, significativa diferenciação foi observada entre as amostras de Rondônia e do Espírito Santo. Na maioria das populações estudadas, o desequilíbrio de ligação foi baixo. Evidências de associação entre alguns microssatélites e caracteres fenotípicos foram obtidas. Desse modo, este estudo possibilitou um maior conhecimento sobre o germoplasma brasileiro de café canéfora, fornecendo, a melhoristas e curadores de bancos de germoplasma, subsídios para aumento da eficiência na condução dos programas de melhoramento e no manejo dos recursos genéticos da espécie, bem como apresenta considerações importantes a respeito do potencial de uso do mapeamento associativo nesse germoplasma.

Marker-assisted selection (MAS) is a technique potentially able to aid in Coffea canephora breeding. However, its usefulness depends on the precise identification of molecular markers linked to agronomic traits. Nowadays, the search for these markers has been done through linkage mapping, which includes the development of controlled populations and, generally, results on low-resolution frames. Recently, association mapping methodology, based on linkage disequilibrium, emerged as an alternative to obtain linked markers through high- resolution mapping in natural populations. This work aimed to study the genetic diversity, population structure and linkage disequilibrium in Brazilian germplasm of C. canephora, in order to implement association mapping technique. We used accession collections representative of the germplasm either grown on commercial plantations or conserved in research institutions in São Paulo, Espírito Santo, Minas Gerais and Rondônia. Phenotypic evaluations were performed at the Experimental Station of Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), at Ouro Preto do Oeste, Rondônia. The accessions were genotyped at the Laboratório de Biotecnologia do Cafeeiro (Biocafé), in the Universidade Federal de Viçosa, at Viçosa, Minas Gerais. First genetic diversity analysis and population structure were performed using a set of 20 microsatellites. Subsequently, the collection with greater diversity, less structured and with smaller level of relatedness among individuals was genotyped with a set of 77 microsatellites. We evaluated the linkage disequilibrium and the occurrence of associations among molecular markers and phenotypic traits of interest for breeding. The germplasm showed a considerable genetic diversity. There was a strong structure, mainly due to evolutionary processes prior to domestication of the species. Evidence of sub-structure promoted by recent events was also observed. The varietal groups Robusta and Conilon presented quite divergent. Into Conilon cluster, remarkable differentiation was observed between the samples of Rondônia and Espírito Santo. In most populations, linkage disequilibrium was low. Evidences of association among some microsatellite and phenotypic traits were obtained. This study increased the knowledge about Brazilian C. canephora germplasm, providing to breeders and gene bank curators, subsidies for augmenting the efficiency of breeding programs and to a better management of genetic resources of the species. We also presented important considerations regarding the potential use of mapping association in this germplasm.