Análise da estrutura genética do banco de germoplasma do programa CANA - IAC por meio de marcadores moleculares

Abstract

A cana-de-açúcar figura mundialmente como uma importante cultura econômica, com grande participação no suprimento da demanda global por energia e açúcar. Bancos ativos de germoplasma são repositórios in vivo de variabilidade genética para os programas de melhoramento, estando diretamente relacionados ao sucesso do programa. Para uma gestão adequada e eficiente do banco é necessário conhecer a magnitude e distribuição da variabilidade genética dentro e entre os grupos de acessos das respectivas espécies que o compõe bem como identificar os acessos duplicados ou erroneamente identificados. Marcadores moleculares microssatélites são adequados para tal finalidade. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a estrutura genética de um grupo de 593 genótipos, constituído por germoplasma básico e melhorado, disponíveis no banco de germoplasma do Programa Cana – IAC. Além disso, a magnitude da diferenciação genética entre as principais cultivares brasileiras e o germoplasma básico de cana-de-açúcar também foi investigada. Para tanto, 12 pares de primers SSR de alto poder discriminatório foram utilizados. A análise da estrutura genética separou os genótipos em dois grupos principais, um constituído por germoplasma básico e o outro por genótipos melhorados. A partição da variabilidade genética mostrou que 14,44% (P<0,001) da variabilidade total detectada pelos marcadores encontra-se entre estes dois grupos. Resultados semelhantes foram observados entre as principais cultivares brasileiras e o germoplasma básico, sendo que 17,91% (P<0,001) da variabilidade presente encontra-se entre esses dois grupos. A análise filogenética agrupou os genótipos conforme suas genealogias, mantendo os materiais melhorados próximos aos acessos de Saccharum officinarum, confirmando relacionamento genético mais estreito. Os acessos de S. spontaneum apresentaram maior dissimilaridade com os materiais melhorados do que a espécie anterior. O estudo também permitiu estabelecer uma coleção nuclear com 156 genótipos (aproximadamente 30% do total) que apresentam diversidade genética equivalente a presente no grupo original. As informações obtidas poderão ser aplicadas tanto na gestão do banco, direcionando a importação de novos acessos, como também em futuros programas de hibridação para cana convencional ou cana bioenergia.

Sugarcane is a crop with worldwide economic importance due to its large participation in supplying the global demand for energy and sugar. Active germplasm banks are in vivo repositories of genetic variability for breeding programs, being directly related to their success. For its adequate management, a constant routine of surveillance and control over the accessions is required. Microsatellite (SSRs) molecular markers are suitable for this purpose. The present work aims to evaluate the genetic structure of a group of 593 individuals, composed by basic germplasm accessions and breeding genotypes, available within the germplasm bank of the Campinas Agronomic Institute (IAC) Sugarcane Genetic Breeding Program, based on these markers, with a focus on the comparison between the genetic diversity of Brazilian clones and cultivars (IAC, CTC, SP and RB) with accessions of diverse species, genera and exotic hybrids. In addition, the magnitude of the genetic differentiation between the main Brazilian cultivars and the basic sugarcane germplasm was also investigated. For this purpose, 12 pairs of SSR primers with high discriminatory power were used. The genetic variability present in the group is structured in a way where breeding materials differ from wild accessions, constituting two groups of individuals. Genetic variability among them is 14.44%, while 85.56% is present within them (P<0.001). Similar results were observed between the main Brazilian cultivars and the basic germplasm, with 17.91% (P<0.001) of the present variability being found between these two groups. Phylogenetic analysis also grouped the individuals according to their genealogies, keeping the bred materials closer to the accessions of Saccharum officinarum, confirming a close genetic relationship. The accessions of S. spontaneum presented greater dissimilarity from bred materials than the previous species. The analysis of this molecular profile bank allowed the establishment of a core collection within the 593 individuals, comprising 153 genotypes (approximately 30% of the total) with equivalent representativeness of the genetic patrimony of the original group. The information obtained can be applied both in the management of the bank, directing the importation of new accessions, and in future hybridization programs for conventional or bioenergy cane.