ABSTRACT
ABSTRACT One of the most challenging questions in plant breeding and molecular plant pathology research is what are the genetic and molecular bases of quantitative disease resistance (QDR)?. The scarce knowledge of how this type of resistance works has hindered plant breeders to fully take advantage of it. To overcome these obstacles new methodologies for the study of quantitative traits have been developed. Approaches such as genetic mapping, identification of quantitative trait loci (QTL) and association mapping, including candidate gene approach and genome wide association studies, have been historically undertaken to dissect quantitative traits and therefore to study QDR. Additionally, great advances in quantitative phenotypic data collection have been provided to improve these analyses. Recently, genes associated to QDR have been cloned, leading to new hypothesis concerning the molecular bases of this type of resistance. In this review we present the more recent advances about QDR and corresponding application, which have allowed postulating new ideas that can help to construct new QDR models. Some of the hypotheses presented here as possible explanations for QDR are related to the expression level and alternative splicing of some defense-related genes expression, the action of "weak alleles" of R genes, the presence of allelic variants in genes involved in the defense response and a central role of kinases or pseudokinases. With the information recapitulated in this review it is possible to conclude that the conceptual distinction between qualitative and quantitative resistance may be questioned since both share important components.
RESUMEN Una de las preguntas más desafiantes del fitomejoramiento y de la fitopatología molecular es ¿cuáles son las bases genéticas y moleculares de la resistencia cuantitativa a enfermedades?. El escaso conocimiento de cómo este tipo de resistencia funciona ha obstaculizado que los fitomejoradores la aprovecharlo plenamente. Para superar estos obstáculos se han desarrollado nuevas metodologías para el estudio de rasgos cuantitativos. Los enfoques como el mapeo genético, la identificación de loci de rasgos cuantitativos (QTL) y el mapeo por asociaciones, incluyendo el enfoque de genes candidatos y los estudios de asociación amplia del genoma, se han llevado a cabo históricamente para describir rasgos cuantitativos y por lo tanto para estudiar QDR. Además, se han proporcionado grandes avances en la obtención de datos fenotípicos cuantitativos para mejorar estos análisis. Recientemente, algunos genes asociados a QDR han sido clonados, lo que conduce a nuevas hipótesis sobre las bases moleculares de este tipo de resistencia. En esta revisión presentamos los avances más recientes sobre QDR y la correspondiente aplicación, que han permitido postular nuevas ideas que pueden ayudar a construir nuevos modelos. Algunas de las hipótesis presentadas aquí como posibles explicaciones para QDR están relacionadas con el nivel de expresión y el splicing alternativo de algunos genes relacionados con la defensa, la acción de "alelos débiles" de genes R, la presencia de variantes alélicas en los genes implicados en la respuesta de defensa y un papel central de quinasas o pseudoqinasas. Con la información recapitulada en esta revisión es posible concluir que la distinción conceptual entre resistencia cualitativa y cuantitativa puede ser cuestionada ya que ambos comparten importantes componentes.
ABSTRACT
Cassava, Manihot esculenta Crantz, represents the main food source for more than one billion people. Cassava's production is affected by several diseases, one of the most serious is cassava bacterial blight (CBB) caused by Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). A quantitative trait loci (QTL) analysis for CBB resistance was performed under natural infection conditions, using a mapping population of 99 full-sibs genotypes highly segregant and a SNP-based high dense genetic map. The phenotypic evaluation was carried out in Puerto López, Meta, Colombia, during the rainy season in 2015. Both resistant and susceptible transgressive segregants were detected in the mapping population. Through a non-parametric interval mapping analysis, two QTL were detected, explaining 10.9 and 12.6 % of phenotypic variance of resistance to field CBB. After a bioinformatics exploration four genes were identified in the QTL intervals. This work represents a contribution to the elucidation of the molecular bases of quantitative cassava resistance to Xam.
La yuca, Manihot esculenta Crantz, representa la principal fuente de alimento para cerca de 1000 millones de personas. La producción de yuca se ve afectada por diversas enfermedades, una de las más serias es la bacteriosis vascular (CBB) causada por Xanthomonas axonopodis pv. manihotis (Xam). En este estudio se realizó un análisis de loci de rasgos cuantitativos (QTL) para la resistencia a CBB en condiciones naturales de infección, usando una población de mapeo constituida por 99 genotipos de hermanos completos segregantes y un mapa genético altamente denso basado en SNPs. La evaluación fenotípica se llevó a cabo en Puerto López (Meta), Colombia, durante la época de lluvias durante el segundo semestre de 2015. En la población de mapeo fueron detectados individuos con una segregación transgresiva tanto resistentes como susceptibles. A través de un análisis no paramétrico de intervalo simple, se detectaron dos QTL que explican el 10,9 y el 12,6 % de la varianza fenotípica de la resistencia en campo a CBB. Mediante análisis bioinformáticos se identificaron cuatro genes candidatos presentes en los intervalos de los QTL. Este trabajo representa un esfuerzo por dilucidar los mecanismos moleculares implicados en la resistencia de yuca a CBB.