Marcadores morfológicos, bioquímicos e moleculares na caracterização de cultivares de soja e café

Abstract

A caracterização de cultivares pode ser realizada por meio de marcadores morfológicos, bioquímicos de proteínas e enzimas e moleculares. Sendo assim, os objetivos do presente trabalho foram identificar dez cultivares de soja, recomendadas para o estado de Minas Gerais, por meio de marcadores morfológicos e bioquímicos de proteínas e enzimas, e desenvolver novos locos microssatélite (SSR) específicos para Coffea arabica L. e testa-los, juntamente com os já existentes e disponíveis, na caracterização de 25 cultivares de café. Para a soja, os marcadores morfológicos avaliados nos estádios de plântula, planta e semente foram os recomendados na Lei de Proteção de Cultivares e UPOV e se mostraram eficientes na separação das dez cultivares. Marcadores específicos para sete das dez cultivares foram obtidos como: intensidade de antocianina muito forte no hipocótilo das plântulas da cultivar Conquista; folíolos laterais oval-pontiagudos e ciclo total semi-precoce para a cultivar Liderança; rugosidade muito forte e sementes de tamanho pequeno para a cultivar Confiança; vagens de coloração marrom claro para a cultivar Splendor; plantas de altura baixa e dente apical grande para a cultivar UFV-16; intensidade clara da cor verde das folhas, folíolos laterais lanceolado-estreitos e ciclo vegetativo tardio para a cultivar Garantia, e brilho do tegumento de intensidade média para a cultivar Vencedora. A extração de proteínas totais com borato 0,02M +tampão desnaturante possibilitou a separação das cultivares em três grupos: 1) Conquista, BRIAC 21 e Garantia; 2) Liderança, Confiança e Monarca; 3) Splendor, UFV 16, FT 2000 e Vencedora. Quanto às proteínas resistentes ao calor, foram obtidos dois padrões protéicos, possibilitando a separação das cultivares Conquista, Confiança, Splendor, FT 2000 e Monarca das demais. Os sistemas enzimáticos superóxido dismutase, diaforase, fosfoglucomutase, esterase, álcool desidrogenase, isocitrado desidrogenase e peroxidase se mostraram altamente polimórficos. De acordo com o dendrograma obtido a partir dos coeficientes de similaridade genética de Jaccard para esses sistemas enzimáticos, as cultivares foram separadas em seis grupos: 1) Conquista e Confiança; 2) Splendor e FT 2000; 3) UFV 16 e Garantia; 4) BRIAC 21; 5) Liderança e Monarca; 6) Vencedora. Oito das dez cultivares apresentaram pelo menos um padrão específico dentre todos os sistemas enzimáticos estudado. Para o café, 140 marcadores microssatélite foram utilizados para analisar a similaridade genética entre 25 cultivares de C. arabica, sendo 19 cultivares brasileiras de importância econômica e seis híbridos indianos de C. arabica, C. canephora e C. liberica. Do número total de marcadores microssatélite testados, 127 marcadores nucleares foram desenvolvidos a partir de seqüências obtidas mediante a construção de bibliotecas genômicas, e seqüências microssatélite específicas para C. arabica disponíveis no banco de dados NCBI e 13 marcadores desenvolvidos a partir do DNA de cloroplasto foram testados. Vinte e dois locos foram polimórficos, com 2-7 alelos detectados para cada loco, sendo 3,5 o número médio de alelos por loco. Os locos 59 e 17 se mostraram como sendo os mais discriminativos para as cultivares brasileiras, apresentando ambos seis fenótipos alélicos e número efetivo de alelos igual a 3,9 e 3,4, respectivamente. A maioria dos locos microssatélite apresentou repetições de di-nucleotídeos GT, estando o polimorfismo positivamente correlacionado com o número de repetições. Baseado no padrão de bandas gerado pelos locos polmórficos, as vinte e cinco cultivares foram separadas em dois grandes grupos, sendo um grupo composto pela maioria das cultivares brasileiras e um segundo composto pelos híbridos indianos. Muitos mutantes que se diferenciavam pela cor de fruto não puderam ser separados. Pelos dados do agrupamento foi observado elevado nível de similaridade genética entre as cultivares brasileiras, o que está de acordo com a genealogia.

Cultivar characterization can be realized using morphological, biochemical and molecular markers. The aims of the present work were identify ten soybean cultivars recommende to Minas Gerais state using morphological and biochemical markers of proteins and enzymes, and develop new microsatellite loci specific for Coffea arabica and testing, with the ones available, in coffee cultivars characterization. To soybean the morphological markers evaluated in seedlings, plant and seeds were those ones recommend by Cultivars Protection Act and UPOV and were efficient in cultivars separation. Specific marker to seven of the ten cultivars were obtained: very high anthocyanin intensity in hypocotyls of Conquista seedlings; pointed ovate lateral leaflet and early to medium maturity time to Liderança; very strong blistering and small seeds to Confiança; light brown pods to Splendor; short plants and big apical tooth to UFV 16; light intensity of leaves green color, lanceolate lateral leaflet and late time of flowering to Garantia; medium intensity of of testa brilliance to Vencedora. The total protein extraction with borato 0,02M + denaturation buffer separated the cultivars in three groups: 1) Conquista, BRIAC 21 and Garantia; 2) Liderança, Confiança and Monarca; 3) Splendor, UFV 16, FT 2000 and Vencedora. The heat resistant proteins generated two protein patterns, separating the cultivars Conquista, Confiança, Splendor, FT 2000 and Monarca from the others. Superoxide dismutase, diaforase, phosphoglucomutase, esterase, alcohol desidrogenase, isocitrado desidrogenase and peroxidase were highly polymorphic. According to the dendrogram obtained from the Jaccard genetic similarity coefficient, the cultivars were separated in six groups: 1) Conquista and Confiança; 2) Splendor and FT 2000; 3) UFV 16 and Garantia; 4) BRIAC 21; 5) Liderança and Monarca; 6) Vendedora. Eight of the ten cultivars showed at least one specific pattern among those enzymatic systems studied. To coffee A set of 140 SSR markers were used to analyze the genetic similarity among twenty five C. arabica cultivars composed of nineteen brazilian cultivars of commercial importance, and six indian hybrids of C. arabica, C. canephora and C. liberica. Of the total number of SSR markers tested 127 DNA nuclear markers were developed using enriched small insert libraries and the coffee SSR sequences available in the NCBI database. Beyond these, thirteen universal chloroplast DNA markers were also tested. Among the twenty-two polimorphic loci 2-7 alleles were detected for each locus with an average of 3.5 alleles per locus. The loci 59 and 17 were the most discriminating for brazilian cultivars, both with 6 allelic phenotypes and 3.9 and 3.4 effective alleles, respectively. The mayority of the SSR loci contained di-nucleoditde (GT) repeats and the polymorphism was positively correlated with the number of repeats. Based on the band patterns generated by the polymorphic SSR loci, the set of twenty-five coffee cultivars were clustered in two main groups. One group composed of the most part of the brazilian cultivars and a second one composed of the indian hybrids. Many of the color mutants were not separated. Based on the clustering a high level of genetic similarity was observed among the brazilian cultivars, what is in agreement with the genealogy data.