CLONAGEM DE QTL´s EM PLANTAS - Esalq

PROGRAMA DE PÓS­GRADUAÇÃO EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS
LGN 5799 – Seminários em Genética e Melhoramento de Plantas
Departamento de Genética
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CLONAGEM DE QTL's EM PLANTAS
Pós­graduanda: Maria Marta Pastina
Orientador: Prof. Dr. Antonio Augusto Franco Garcia
Grande parte dos caracteres de importância agronômica tem natureza quantitativa, resultando da ação conjunta de muitos genes e recebendo forte influência do ambiente. Com o advento dos marcadores moleculares, tornou­se possível a ampliação do conhecimento sobre diferentes espécies de plantas, permitindo o estudo da arquitetura genética dos caracteres quantitativos. Tais marcadores são utilizados como uma ferramenta rápida e eficaz e, entre suas diferentes aplicações, pode­se citar a construção de mapas genéticos e o mapeamento de QTL's (“Quantitative Trait Loci”). Identificar os genes contidos nesses QTL's tem sido considerado um grande desafio aos geneticistas, dada a complexidade do problema. Uma forma de abordá­lo é realizando a clonagem de QTL's. Isso permite a identificação de seqüências de DNA (codantes ou não) responsáveis pela expressão de caracteres quantitativos. A grande disponibilidade de diferentes ferramentas moleculares e genômicas para inúmeras espécies de plantas tem permitido tal tipo de estudo, possibilitando a caracterização desses genes.
A utilização de populações experimentais, como retrocruzamentos, F2's e RIL's (“Recombinant Inbred Lines”), permite o posicionamento de QTL's dentro de regiões cromossômicas de aproximadamente 10–30 cM, que podem conter centenas de genes. Contudo, populações experimentais obtidas a partir do cruzamento de NIL's (“Nearly Isogenic Lines”) têm sido amplamente utilizadas para restringir o mapeamento de QTL's a regiões cromossômicas de aproximadamente 1 cM. As NIL's são linhagens homozigóticas, que diferem entre si apenas na constituição alélica do segmento cromossômico (geralmente variando entre 10–30 cM) onde o QTL foi posicionado. Tal estratégia é comumente conhecida como mapeamento fino (“Fine Mapping”) e permite estimar o efeito e a posição do QTL com maior precisão, o que é de fundamental importância para o sucesso da clonagem posicional.
Com a identificação dos genes situados dentro de regiões cromossômicas responsáveis pela expressão de caracteres complexos é possível a elaboração de estudos com o objetivo de avaliar a resposta de tais QTL´s em 1
diferentes ambientes e “backgrounds” genéticos, Isso pode, eventualmente, resultar no desenvolvimento de cultivares melhorados, tanto a partir de técnicas tradicionais de melhoramento quanto através da utilização de ferramentas que possibilitam a transformação genética de plantas. Além disso, em estudos evolutivos, a clonagem de QTL's permite a identificação dos genes responsáveis pelas principais modificações durante os processos de adaptação e domesticação, através de análises comparativas entre variedades cultivadas e genitores selvagens.
Até o momento, poucos resultados da clonagem efetiva de QTL's foram apresentados. Por exemplo, Doebley et al. (1997) identificaram, através de técnicas de clonagem, o gene tb1, principal responsável pelas alterações evolutivas em milho. Frary et al. (2000) realizaram a clonagem do QTL fw2.2 relacionado a variação no tamanho de frutos de tomate. Também são encontrados relatos da clonagem dos QTL's Hd1, Hd3a e Hd6, que controlam o caráter tempo de florescimento em arroz (Yano et. al., 2000; Takahashi et al. 2001 e Kojima et al. 2002). Outros trabalhos foram realizados em outras espécies, como os de Yan et al. (2003, 2004), em trigo e Kroymann et al. (2003) e Werner et al (2005), em Arabidopsis. Uma nova perspectiva para tais estudos seria a utilização de dados de expressão gênica (eQTL's), que permite o estudo de um maior número de genes simultaneamente.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DOEBLEY, J.; STEC, A; HUBBARD, L. 1997. The evolution of apical dominance in maize. Nature, v. 386, p. 485­488.
FRARY, A.; NESBITT, T.C.; FRARY, A.; GRANDILLO, S.; van der KNAAP, E.; CONG, B.; LIU, J.; MELLER, J., ELBER, R.; ALPERT, K.B.; TANKSLEY, S.D. 2000. fw2.2: A quantitative trait locus key to the evolution of tomato fruit size. Science, v. 289, n. 7, p. 85­88.
KOJIMA, S.; TAKAHASHI, Y.; KOBAYASHI, Y.; MONNA, L.; SASAKI, T.; ARAKI,T. YANO, M. 2002. Hd3a, a rice ortholog of the arabidopsis FT gene, promotes transition to flowering downstream of Hd1 under short­day conditions. Plant Cell Physiology, v. 43, p. 1096­1105.
KROYMANN, J.; DONNERHACKE, S.; SCHNABELRAUCH, D.; MITCHELL­OLDS, T. 2003. Evolutionary dynamics of an Arabidopsis insect resistance quantitative trait locus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 100 (Suppl. 2), p. 14587­14592.
SALVI, S.; TUBEROSA, R. 2005. To clone or not to clone plant QTLs: present and future challenges. TRENDS in Plant Science, v.10, n. 6, p. 297­304.
TAKAHASHI, Y.; SHOMURA, A.; SASAKI, T.; YANO, M. 2001. Hd6, a rice quantitative trait locus involved in photoperiod sensitivity, encodes the alfa­
subunit of protein kinase CK2. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 98, n. 14, p. 7922­7927.
YAN, L.; LOUKOIANOV, A.; TRANQUILLI, G.; HELGUERA, M.; FAHIMA, T.; DUBCOVSKY, J. 2003. Positional cloning of the wheat vernalization gene Vrn1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 100, n. 10, p. 6263­6268.
YAN, L.; LOUKOIANOV, A.; BLECHL, A.; TRANQUILLI, G.; RAMAKRISHNA, W.; SANMIGUEL, P.; BENNETZEN, J.L.; ECHENIQUE, V.; DUBCOVSKY, J. 2004. The wheat Vrn2 gene is a flowering repressor down­regulated by vernalization. Science, v. 303, p. 1640­1644.
YANO, M.; KATAYOSE, Y.; ASHIKARI, M; YAMANOUCHI, U.; MONNA, L.; FUSE, T.; BABA, T.; YAMAMOTO, K.; UMEHARA, Y.; NAGAMURA, Y.; SASAKI, T. 2000. The Plant Cell, v. 12, p. 2473­2483.
WERNER, J.D.; BOREVITZ, J.O.; WARTHMANN, N.; TRAINER, G.T.; ECKER, J.R.; CHORY, J.; WEIGEL, D. 2005. Quantitative trait locus mapping DNA array hybridization identify an FLM deletion as a cause for natural flowering­time variation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 102, n. 7, p. 2460­2465.
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