Genome-wide association for b-glucan content and characterization of the Cellulose synthase-like F6 gene in oats | Associação genômica ampla para o teor de b-glicanas e caracterização do gene Cellulose synthase-like F6 em aveia

The b-glucan content has been one of the main goals of oat breeding programs worldwide. However, the loci controlling this trait and their interaction with the environmental conditions are not completely understood to date, especially in subtropical environments. In this sense, the main objectives of this study were: i) to identify genomic regions associated with b-glucan content in elite oat germplasm adapted to subtropical environments; ii) to identify genomic regions controlling kernel shape-related traits and verify its association with b-glucan content on oats; iii) to characterize and quantify the absolute expression of the Cellulose synthase-like F6 gene in oat genotypes with contrasting b-glucan content; and iv) to characterize the b-glucan formation in primary and secondary oat kernels harvested in different planting dates and years. An oat panel composed by 413 genotypes was genotyped and assessed in different environments. Genome-wide association mappings were performed using individual and multi- environment approaches. Quantitative trait loci (QTL) associated with b-glucan content were identified on Mrg02, Mrg06, Mrg11, Mrg12, Mrg19, and Mrg20 consensus groups. QTL associated with kernel shape-related traits were detected on Mrg06, Mrg13, Mrg21, and Mrg24 consensus groups. Kernel width and kernel thickness traits, which were phenotypically and genetically correlated, share a genomic region in common on Mrg13 and are negatively correlated with b-glucan content. The oat b-glucan content varied between primary and secondary kernels according to the genotype and environmental conditions. Under unfavorable conditions, some genotypes can present higher b-glucan content in secondary kernels than in primary ones. The high number of CslF6 transcripts was not a guarantee of high b-glucan content in oats. The CslF6 gene expression was highly influenced by the genotype, environmental conditions, and kernel developmental stage. The third exon of the CslF6 gene, which corresponds to the CslF6 motif, has 1767 bases pair in oats, regardless of the subgenome. The CslF6 motif of the CslF6-AA and CslF6-DD genes encodes the same amino acid sequence. The CslF6-CC gene showed 13 amino acid changes in the CslF6 motif when compared to the other ones. Single nucleotide polymorphisms were not identified in the CslF6 homoeologs among the assessed genotypes, indicating that the CslF6 proteins with the same functional properties are encoded in these genotypes. The results presented in this study contribute to improve the understanding of the b-glucan content in oats under subtropical conditions.

O teor de b-glicanas tem sido um dos principais objetivos dos programas de melhoramento de aveia mundialmente. Contudo, os locos controlando este caráter e a sua interação com as condições ambientais não são completamente compreendidas até o momento, especialmente em ambientes subtropicais. Neste sentido, os principais objetivos deste estudo foram: i) identificar regiões genômicas associadas ao teor de b-glicanas em germoplasma elite de aveia adaptado a ambientes subtropicais; ii) identificar regiões genômicas controlando caracteres relacionados à morfologia de grãos e verificar a sua associação com o teor de b-glicanas em aveia; iii) caracterizar e quantificar de forma absoluta a expressão do gene Cellulose synthase-like F6 em genótipos de aveia contrastantes para o teor de b-glicanas; e iv) caracterizar a formação de b-glicanas em grãos primários e secundários de aveia colhidos em diferentes épocas de semeadura e anos de cultivo. Um painel de aveia composto por 413 genótipos foi genotipado e avaliado em diferentes ambientes. Mapeamentos de associação genômica ampla foram realizados utilizando análises individuais e conjuntas. Quantitative trait loci (QTL) associados ao teor de b-glicanas foram identificados nos grupos consenso Mrg02, Mrg06, Mrg11, Mrg12, Mrg19 e Mrg20. QTL associados à caracteres relacionados a morfologia de grãos foram detectados nos grupos consenso Mrg06, Mrg13, Mrg21 e Mrg24. Os caracteres largura de grãos e espessura de grãos, que foram fenotipicamente e geneticamente correlacionados, compartilham uma região genômica em comum no Mrg13 e estão negativamente correlacionados com o teor de b-glicanas. O teor de b-glicanas variou entre grãos primários e secundários de acordo com o genótipo e as condições ambientais. Em condições desfavoráveis, alguns genótipos podem apresentar maior teor de b-glicanas em grãos secundários em relação aos grãos primários. O elevado número de transcritos do gene CslF6 não foi uma garantia de alto teor de b-glicanas em aveia. A expressão do gene CslF6 foi altamente influenciada pelo genótipo, condições ambientais e estádio de desenvolvimento do grão. O terceiro éxon do gene CslF6, que corresponde ao motif CslF6, tem 1767 pares de base em aveia, independente do subgenoma. O motif CslF6 dos genes CslF6-AA e CslF6-DD codificam a mesma sequência de aminoácidos. O gene CslF6-CC apresentou 13 alterações de aminoácidos no motif CslF6 quando comparado aos demais. Single nucleotide polymorphisms não foram identificados nos homeólogos do gene CslF6 entre os genótipos avaliados, indicando que proteínas CslF6 com as mesmas propriedades funcionais são codificadas nestes genótipos. Os resultados apresentados neste estudo contribuem para melhorar o entendimento do teor de b-glicanas em aveia em condições subtropicais.