Secuencias de microsatélites asociadas a genes de proteínas de reserva en variedades chilenas de trigo harinero (página 3)

1 No están todas las variedades analizadas en este trabajo.

Cuadro 3. Alelos para g -gliadinas y valores obtenidos para pruebas tradicionales de calidad panadera obtenidos en trigos harineros 1 Table 3. Alleles of g -gliadin and values on standard bread-making quality tests on wheat cultivars.

1 No están todas las variedades analizadas en este trabajo.

Las correlaciones entre ambos grupos de alelo y las pruebas de calidad panadera se presentan en el Cuadro 4. Se encontraron correlaciones estadísticamente significativas entre los alelos de LMWG y las pruebas de sedimentación, gluten-index y gluten seco. Para los alelos de g -gliadinas se encontraron asociaciones estadísticamente significativas con todas las pruebas de calidad realizadas (porcentaje de proteína, sedimentación, gluten-index y gluten seco).

Cuadro 4. Correlación (E2 ) entre los alelos obtenidos para LMWG y g -gliadinas con las pruebas de calidad panadera: porcentaje de proteína, sedimentación, gluten-index y gluten-seco.

Table 4. Correlation (E2) among alleles for LMWG and g -gliadins with bread-making quality tests (protein %, sedimentation, gluten-index and dry gluten).

1 NS = No significativo; ** = Significativo al 1%

De acuerdo con los datos obtenidos en este trabajo, los alelos 1, 2 y 4 del gen de glutenina de bajo peso molecular y los alelos 5*, 6* y 8* del pseudo-gen de g -gliadina, estuvieron más estrechamente asociados a mejores índices de calidad panadera. Paralelamente, se identificaron 14 genotipos que presentaron una combinación en la cual ambos alelos estuvieron asociados a buena calidad panadera. Entre estos genotipos se encuentran algunas variedades que se han destacado por distintos caracteres de interés, incluída la calidad panadera, como por ejemplo Millaleu-INIA, Catbird, Lilén-INIA, Huayún-INIA y Reihue-INIA, todas con una combinación (1, 8*); Trisa-INIA, Onda-INIA y Naofén (combinación 4, 6*); y Huañil-INIA (4, 5*). Los restantes genotipos corresponden a líneas avanzadas del programa de fitomejoramiento.

Correlación estadística con índice francés e índice inglés de calidad panadera

Parte de los genotipos analizados en este trabajo (n=22) coincidieron con el material analizado por Hewstone e Hinrichsen (1994), quienes determinaron los índices de calidad panadera francés e inglés en base a los patrones de gluteninas de alto peso molecular (HMWG). Para ambos índices, valores más altos suponen mejor calidad panadera. En el Cuadro 5 se señalan los valores obtenidos para los genotipos incluidos en ambos estudios.

Cuadro 5. Alelos de LMWG y g -gliadinas, e índices de calidad panadera francés1 e inglés1Table 5 Alleles of LMWG and g -gliadins, and English and French indexes for bread-making quality

1Indice francés e índice inglés calculados por Hewstone y Hinrichsen, 1994.

Al comparar los alelos para ambos genes (LMWG y g -gliadina) con los índices francés e inglés, se encontró sólo una correlación estadísticamente significativa al 1% entre LMWG y el índice inglés. Los valores de correlación (E2) entre los alelos de LMWG y los índices francés e inglés fueron de 0,21 y 0,48, respectivamente, mientras que los valores de correlación entre los alelos de g -gliadinas e índices francés e inglés, fueron de 0,25 y 0,19, respectivamente.

Estos resultados no fueron coincidentes con la correlación observada entre los alelos de los genes de LMWG y g -gliadina y las pruebas de calidad panadera tradicionales, descrita anteriormente. En parte, esto puede deberse a que sólo nueve genotipos, de los 26 caracterizados por pruebas tradicionales y 22 caracterizados para HMWG, fueron coincidentes entre ambos análisis. De esta manera, la caracterización de un mayor número de genotipos mediante pruebas tradicionales será necesaria antes de obtener conclusiones más sólidas respecto a la correlación entre los alelos de SSR descritos aquí y la calidad panadera. Por otra parte, es sabido que los diferentes alelos de HMWG sí tienen un rol en las propiedades reológicas y de la calidad de la masa (Payne, 1987); sin embargo, hubo un número importante de genotipos con alelos de HMWG de buena calidad (i.e., valores altos de los índices inglés y francés) que no se asociaron a los alelos de LMWG o g -gliadina definidos aquí como potencialmente de buena calidad (alelos 1, 2 y 4 y 5*, 6* y 8*, respectivamente), mientras que Naofén, un cultivar con HMWG de baja calidad, presentó alelos de LMWG y g -gliadina que serían de buena calidad.

Aplicación de los marcadores moleculares estudiados en mejoramiento genético

La aplicación de estos y otros marcadores moleculares actualmente bajo estudio, requerirán de un trabajo a más largo plazo. Por una parte, sería necesario diseñar esquemas de cruzamientos que permitan aumentar el número de individuos analizados incluyendo, por ejemplo, materiales con hábitos de crecimiento alternativos e invernales, además de los primaverales analizados en este caso. Estos cruzamientos dirigidos debieran conducir a identificar o "aislar" el efecto de cada uno de los posibles factores genéticos (alelos) sobre la calidad panadera. Posteriormente, sería necesario determinar la "universalidad" de cada marcador putativo, es decir, verificar que el marcador está presente en distintas variedades con un apropiado grado de correlación a la característica de interés.

Una vez completados estos estudios, los marcadores moleculares podrían tener algún impacto, ya que serían una efectiva forma de seleccionar genotipos de interés sin tener la interferencia dada por la interacción genotipo/ambiente. De esta forma, sería posible reducir el número de individuos que debieran ser analizados en campo. Por otra parte, existe una serie de caracteres que son de muy difícil evaluación. Un ejemplo es la selección para resistencia a ciertas enfermedades causadas por hongos, las que dependen de la presión de selección natural. Dado que esta condición es irreproducible, la selección del fitomejorador suele ser errática, mientras que si se dispusiera de un marcador genético-molecular estrechamente ligado a genes de resistencia, la selección inicial se vería reducida a verificar la presencia de determinados alelos.

CONCLUSIONES

El uso de microsatélites asociados a genes de proteínas de almacenaje en trigos harineros demostró ser una técnica de alta reproducibilidad, lográndose caracterizar con precisión los 39 genotipos de trigo harineros estudiados. Esta técnica se proyecta como un método de elección para identificar genéticamente cultivares. Es así como en este caso usando sólo dos SSR se pudo diferenciar 17 de los 39 genotipos de trigo de pan estudiados (44%).

El alto nivel de polimorfismo detectado, ocho alelos para gluteninas LMW y nueve para g -gliadina, junto con la determinación de correlaciones estadísticamente significativas de estos alelos con las pruebas de calidad panadera tradicionales, permiten proyectar esta técnica como una futura herramienta de selección, de uso masivo en los programas de mejoramiento.

LITERATURA CITADA

AACC, 1988. Approved Methods. American Association of Cereal Chemists (AACC). Vol.1. Method AACC 38-12. Saint Paul, Minnesotta, U.S.A. p.1[ STANDARDIZEDENDPARAG]

Bowers, J.; Dangl, G.S.; Vignani, R. and Meredith, C.P. 1996. Isolation and characterization of new polymorphic simple sequence repeat loci in grape (Vitis vinifera L.). Genome 39:628-633.

Branlard, G.; Autran, J.C.; Rousset, M.; Dardevey, M. et Koenig, J. 1990. Catalogue des sous unités de haut poids moléculaire des glutenines des blés. Institute National de la Recherche Agronomique. France. 56 p.

Bremner, J.M. 1965. Total nitrogen. Methods of soil analysis. II. Chemical and microbiological properties. In: Black, C.A. (Ed). American Society of Agronomy. Madison, Wisconsin. U.S.A. p. 1149-1178.

Campos, H.A. 1995. Marcadores moleculares: conceptos. Agro Sur 23:68-75.

Devos, K. M. and Gale, M.D. 1992. The use of random amplified polymorphic DNA markers in wheat. Theor. Appl. Genet. 84:567-572.

Devos, K.M.; Bryan, G.J.; Collins, A.J.; Stephenson, P. and Gale, M.D. 1995. Application of two microsatellite sequences in wheat storage proteins as molecular markers. Theor. Appl. Genet. 90:247-252.

Dweikat, I.; Mackenzie, S.; Levy, M. and Ohm, H. 1993. Pedigree assessment using RAPD-DGGE in cereal crop species. Theor. Appl. Genet. 85:497-505.

Flavell, R.B.; Payne, P.I.; Thompson, R.D. and Law, C.N. 1988. Strategies for the Improvement of Wheat-Grain Quality using Molecular Genetics. In: Russell, G.E. (Ed). Biotechnology of higher plants. Intercept. Wimborne. Dorset, United Kingdon. p.159-175.

Gepts, P. 1994. Análisis molecular del proceso de domesticación en plantas: El ejemplo del frejol (Phaseolus vulgaris). XI Congreso Latinoamericano de Genética y XV Congreso de Fitogenética. Monterrey, Nueva León, Méjico, p. 4-28.

Granger, D.; Riveros, F. y Cortes, V. 1989. Influencia del grano blanqueado y variedad, sobre algunos parámetros de calidad de Triticum durum Def. Simiente 59:87. (Resumen).

Gupta, R.B. and Shepherd, K.W. 1990. Two-step one-dimensional SDS-PAGE analysis of LMW subunits of glutelin. Theor. Appl. Genet. 80:65-74.

He, S.; Ohm, H. and Mackenzie, S. 1992. Detection of DNA sequence polymorphisms among wheat varieties. Theor. Appl. Genet. 84:573-578.

Hewstone, N. y Hinrichsen, P. 1994. Composición de subunidades de gluteninas de alto peso molecular de trigos chilenos de pan (Triticum aestivum L.). Agricultura Técnica (Chile) 54:211-218.

Hinrichsen, P.;. Opitz, X.; Ramírez, I. y Muñoz, C. 1997. Identificación de cultivares chilenos de trigo de pan (Triticum aestivum L.) y trigos candeales (Triticum durum Def.) basado en perfiles electroforéticos de gliadinas. Agricultura Técnica (Chile) 57:102-112.

Hoseney, R. 1991. Principios de ciencia y tecnología de los cereales. Proteínas de los cereales. Zaragosa, España. Editorial Acribia. 321p.

Khelifi, D. and Branlard, G. 1992. The effect of HMW and LMW subunits of glutenin and gliadins on the technological quality of progeny from four crosses between poor bread making quality and strong wheat cultivars. J. Cereal Sci.16:195-209.

Korzun, V.; Börner, A.; Worland, A.J.; Law, C.N. and Röder, M.S. 1997. Application of microsatellite markers to distinguish inter-varietal chromosome substitution lines of wheat (Triticum aestivum L.). Euphytica 95:149-155.

Lagercrantz, H.; Ellegren, Y. and Andersson, L. 1993. The abundance of various polymorphic microsatellite motifs differs between plants and vertebrates. Nucleic Acids Res. 21:1111-1115.         [ ]

Lee, S. J.; Penner, G.A. and Devos, K.M. 1995. Characterization of loci containing microsatellite sequences among Canadian wheat cultivars. Genome 38:1037-1040.

Ma, Z.Q.; Roder, M. and Sorrells, M.E. 1996. Frecuencies and sequence characteristics of di-, tri-, and tetra-nucleotide microsatellites in wheat. Genome 39:123-130.

Morgante, M. and Olivieri, A.M. 1993. PCR-amplified microsatellites as markers in plant genetics. Plant J. 3:175-182.

Ostle, B. 1963. Statistics in research. Ames, Iowa, USA. The Iowa State University Press. p. 229-243.

Paterson, A.; Tanksley, S. and Sorrells, M. 1991. DNA markers and plant improvement. Adv. Agron. 46:39-90.

Payne, P. 1987. Genetics of wheat storage proteins and effect of allelic variation on bread-making quality. Ann. Rev. Plant Physiol. 38:141-53.

Payne, P.I.; Nightingale, M.A.; Krattiger, A.F. and Holt, L.M. 1987. The relationship between HMW glutenin subunit composition and the breadmaking quality of Brithish grown wheat varieties. J. Sci. Food Agric. 40:51-65.

Plaschke, J.; Ganal, M.W. and Röder, M.S. 1995. Detection of genetic diversity in closely related bread wheat using microsatellite markers. Theor. Appl. Genet 91:1001-1007.

Röder, S.M.; Plasche, J.; König, S.U.; Börner, A.; Sorrells, M.E.; Tanksley, S.D. and Ganal, M.W. 1995. Abundance, variability and chromosomal location of microsatellites in wheat. Mol. Gen. Genet. 246:327-333.

Röder, S.M.; Korzun, V.; Wendehake, K.; Plaschke, J.; Tixier, M-H.; Leroy, P. and Ganal, M.W. 1998. A Microsatellite Map of Wheat. Genetics 149:2007-2023.         [ Medline ]

Sabelli, P.A. and Shewry, P. R. 1991. Characterization and organization of gene families at the Gli-1 loci of bread and durum wheats by restriction fragment analysis. Theor. Appl. Genet. 83:209-216.

Saghai-Maroof, M.A.; Soliman, K.M.; Jorgensen, R.A. and Allard, R.W. 1984. Ribosomal DNA spacer length polymorphisms in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location, and population dynamics. Proc. Natl. Acad. Sci. 81:8014-8018.         [ Medline ]

Singh N.K. and Shepherd, K.W. 1988. Linkage mapping of genes controlling endosperm storage proteins in wheat. 1. Genes on the short arms of group1 chromosomes. Theor. Appl. Genet. 75:628-641.

Staub, J.E.; Serquen, F.C. and Gupta, M. 1996. Genetic markers, map construction, and their application in plant breeding. HortScience 31:729-741.

Weising, K.; Beyermann, B.; Ramser, J. and Kahl, G. 1991. Plant DNA fingerprinting with radioactivity and dioxigenated oligonucleotide probes complementary to simple repetitive DNA sequences. Electrophoresis 12:159-160.

Woo, T.L. 1929. Tables for ascertaining the significance or nonsignificance of association measured by the correlation ratio. Biometrika 21:1.

Zeleny, L. 1947. A simple sedimentation test for estimating bread-baking and gluten qualities of wheat flour. Cereal Chem. 24:465-475.

Mireya Zerené Z.2, Denise Granger S. 2, Doris Prehn R. 3 y Patricio Hinrichsen R. 22 Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro Regional de Investigación La Platina, Casilla 439, Correo 3, Santiago, Chile. 3 P. Universidad Católica de Chile, Facultad de Agronomía, Santiago, Chile