Genética de la introgresión de genes del almendro (prunus dulcis Mill.) en el melocotonero [P. persica (l.) Batsch]: desarrollo de una estrategia de selección de líneas casi isogénicas (Nils) con marcadores moleculares

Abstract

El melocotonero es el frutal de hueso más importante a nivel mundial, y el tercer árbol de fruta dulce cultivada después del manzano y el peral. A nivel genético es una de las especies mejor caracterizadas de la familia Rosaceae. El melocotonero presenta un bajo nivel de variabilidad genética pero es sexualmente compatible con otras especies de Prunus, como el almendro, los cuales podrían ser una posible fuente de nuevos genes para enriquecer su pool genético. Estudiamos un conjunto de caracteres asociados a la flor, fenología, calidad de fruta, morfología de la hoja y la resistencia a enfermedades en dos poblaciones de almendro (‘Texas’) x melocotonero (‘Earlygold’): una F2 (TxE) y un BC1 (T1E) del parental ‘Earlygold’. Tres mapas genéticos de alta densidad se construyeron utilizando un chip de SNP de 9K y 131 marcadores microsatélite: el mapa F2 (llamado TxE) y los mapas de los parentales del BC1 denominados T1E (para el híbrido) y E (para ‘Earlygold’). La comparación del mapa intraespecífico de E con los mapas interespecíficos de TxE y T1E mostró una mayor tasa de recombinación en los cruzamientos intraespecíficos que en los cruzamientos interespecíficos. El mapa de E presentó aproximadamente la mitad de su genoma sin marcadores polimórficos, lo que se interpretó por la presencia de regiones idénticas por descendencia debido a su alto nivel de coancestría. La presencia de plantas androestériles en ambas poblaciones y su segregación fue consistente con la existencia de androesterilidad citoplasmática, debido a que los individuos que tienen el citoplasma del almendro requieren la presencia del alelo del almendro en al menos uno de los dos genes restauradores, Rf1 y Rf2, para ser fértil. Varios caracteres como el tipo de flor (Sh), el tipo de fruta (Ft), la jugosidad (Jui), el color de la antera (Ag y Ag2), la pulpa antociánica (Bf2), el color de la flor (Fc2) y la resistencia al oídio (Vr3) se mapearon como caracteres morfológicos. El estudio de caracteres cuantitativos permitió identificar 63 QTLs consistentes en 32 caracteres relativos a flor (2), fenología (7), calidad de fruta (15) y hoja (8). Nuevos alelos del almendro en rasgos importantes como el color de la piel, la pulpa antociánica o la resistencia al oídio son útiles para enriquecer el pool genético del melocotonero cultivado. Proponemos la estrategia de Introgresión Asistida por Marcadores Moleculares (IAM) para integrar los fragmentos cromosómicos del almendro en el melocotonero cultivado en un breve período de tiempo (2-3 generaciones). Esta estrategia incluye tres etapas: la primera consiste en la selección de individuos con bajo número de introgresiones (preNILs) en una amplia población BC1. En esta etapa obtuvimos nueve individuos con tres o menos introgresiones de 882 individuos T1E, lo que demuestra que esta etapa es factible. La segunda etapa implica el mapeo de genes mayores de interés utilizando una colección de preNILs. En esta etapa seleccionamos 18 preNILs con cuatro o menos introgresiones y demostramos que todos los genes mayores podían ser mapeados en sus posiciones esperadas, aunque esto sólo fue posible para uno de los dos QTLs mayores estudiados. La tercera etapa consistiría en autofecundar o retrocruzar y autofecundar algunas preNILs para obtener NILs (líneas casi isogénicas) homocigotas con una sola introgresión de almendro en el fondo genético del melocotonero. Una colección completa de NILs (cubriendo todo el genoma del almendro) es una poderosa herramienta para el análisis genético de caracteres complejos. Además, las NILs con genes de interés se pueden introducir rápidamente en un programa de mejora genética. Esta tercera etapa está actualmente en progreso y se retrasará una generación debido a la androesterilidad citoplasmática. Proponemos la estrategia de IAM utilizando otras especies de Prunus como una forma de incrementar la variabilidad genética del melocotonero incorporando un conjunto de resistencias a plagas y enfermedades y mejoras en la calidad de la fruta necesarias para la mejora del melocotonero en las próximas décadas.

Peach is the most important stone fruit crop of the world in cultivated surface and the third among temperate fruit after apple and pear. It is one of the best genetically characterized species of the Rosaceae family. Peach has a low level of genetic variability but it is sexually compatible with other Prunus species, as almond, that could be a source of new genes for enrichment its genome. We studied the genetics of traits related to flower, phenology, fruit quality, leaf morphology and resistance to diseases in two almond (‘Texas’) x peach (‘Earlygold’) progenies: an F2 (TxE) and a BC1 (T1E) to the ‘Earlygold’ parent. High density maps were developed using a 9k peach SNP chip and a collection of 131 SSR markers. Three maps were obtained: the F2 map (named TxE) and the maps from the two parents of the backcross, T1E (for the hybrid) and E (for ‘Earlygold’). Comparison of the intraspecific E map with the interspecific TxE and T1E maps showed that recombination rates were much lower in interspecific than in intraspecific crosses. The E map had approximately half of its genome without polymorphic markers, which we interpreted as being identical by descent in the fixed regions due to its high level of coancestry. Male sterile plants were recovered in the F2 and BC1 generations and their segregation was consistent with the existence of a cytoplasmic male sterility, where individuals having the almond cytoplasm required the presence of the almond allele in at least one of two independent restorer genes, Rf1 and Rf2, to be fertile. Several traits as flower type (Sh), fruit type (Ft), juiciness (Jui), anther color (Ag and Ag2), blood flesh (Bf2), flower color (Fc2) and powdery mildew resistance (Vr3) have been mapped as single genes. The genetics of quantitative traits has been studied and 63 significant QTLs that had a consistent behavior across years have been identified for 32 flower (2), phenology (7), fruit (15) and leaf (8) traits. New alleles from almond on important traits such as red skin color, blood flesh or powdery mildew resistance have been identified that may prove to be useful for the introduction of new variability into the peach commercial gene pool. We propose the strategy of Marker Assisted Introgression (MAI) to integrate chromosomal fragments of almond into the peach background in a short time span (2-3 generations). MAI includes three steps: the first consists of selecting a set of individuals with a low number of introgressions (preNILs) from a large BC1 progeny, and we obtained nine individuals with three or less introgressions from 882 T1E progeny, showing that this step is feasible. The second MAI step involves mapping some of the major genes of interest using a collection of preNILs. We selected 18 peach-almond preNILs with four or less introgressions and showed that all major genes tested could be mapped to their expected positions, although this occurred in only one of the two major QTLs assayed. The third step consists of selfing or backcrossing and selfing some of the preNILs to extract homozygous NILs (Near Isogenic Lines) having a single almond introgression in the peach background. A complete collection of NILs (covering the complete almond genome) is a powerful tool for genetic analysis of complex characters and NILs containing genes of interest can be readily introduced into peach breeding to obtain cultivars with novel genes. This third step is currently in progress and will be delayed one generation due to the presence of the cytoplasmic male sterility. The extension of the MAI strategy to other donor Prunus species is proposed as a way to incorporate in the peach genome needed genes for pest and disease resistance and fruit quality for the cultivars of next decades.