Identificación de marcadores asociados a la fecha de floración en garbanzo

Abstract

El garbanzo cultivado (Cicer arietinum L.), la segunda leguminosa grano más producida a nivel mundial, presenta una productividad media muy alejada del potencial estimado debido, principalmente, a factores de tipo abiótico que tienen lugar al final del periodo del cultivo. Por ello, la floración precoz es un carácter de gran interés agronómico para los mejoradores. La identificación y caracterización de marcadores o genes candidatos asociados al control del inicio de la floración es fundamental para el éxito de los programas de mejora en garbanzo. En este contexto, el empleo en investigación de líneas casi isogénicas (NILs) que se diferencien en el tiempo de floración constituye una estrategia de gran potencial al permitir la eliminación de la mayor parte del ruido de fondo genético. En este estudio, se ha fenotipado y secuenciado una pareja de NILs de C. arietinum desarrollada para la fecha de floración. Mediante la caracterización fenotípica se han encontrado diferencias significativas en caracteres (i. e. ramificación, altura, longitud del entrenudo y números de semillas producidas), además de la propia fecha de floración. Por otro lado, la secuenciación ha permitido constatar que la pareja de NILs empleada presenta la mayor parte de su genoma en homocigosis y que las diferencias a nivel de secuencia entre ellas son mínimas. Asimismo, ha permitido la identificación de 23 genes que presentan variaciones en homocigosis entre las NILs y que, por tanto, son potenciales candidatos asociados con los caracteres estudiados. Entre ellos, destaca el gen ELF3A, uno de los genes implicados en el reloj circadiano, cuyo alelo recesivo correspondiente con una deleción de 11 pb parece provocar floración precoz, aunque también podría tener influencia en un menor grado de ramificación y un incremento de la longitud del entrenudo. Otros genes reseñables son LOC101501328 y LOC101504314 que codifican para una proteína similar a extensina y para un tipo de regulador implicado en la señalización por citoquininas, respectivamente. En el marco de este trabajo se ha procedido a la recogida de tejido de hojas jóvenes de las que se extraerá ARN y al diseño de secuencias de cebadores, tanto para genes candidatos como para otros genes implicados en la cascada de señalización de la floración, con el fin de realizar un estudio de expresión mediante qPCR. El análisis de los diferentes perfiles temporales de transcripción permitirá la caracterización del efecto que provocan las variaciones presentes en las NILs y diseñar marcadores moleculares para el carácter fecha de floración.

Chickpea (Cicer arietinum L.) is the second grain legume cultivated in the world. However, the average yield is far from its potential of 3 – 5 t/ha mainly due to constraints imposed by terminal abiotic stresses. For this reason, early flowering is a desirable trait for chickpea. Identification and characterization of molecular markers and candidate genes associated with flowering time are essential for the success of breeding programs. Near-isogenic lines (NILs) provide plant material differing only in a small target region of the genome facilitating the detection of candidate genes underlying phenotypes. Thus, analysis of NILs that differ from flowering time represents an effective tool to dissect the trait. In this study, a pair of C. arietinum NILs has been phenotyped and sequenced. On the one hand, phenotypic evaluation has shown significant differences in some traits (i.e. branching, height, internode length and number of seeds) besides flowering initiation. On the other hand, sequencing has confirmed high levels of homozygosity with minimal sequence variations between them. Moreover, sequencing has allowed the identification of 23 genes potentially associated with flowering time. We focused on locus ELF3A, a gene involved in the circadian clock, whose recessive allele corresponding to a deletion of 11 bp seems to confer early flowering. However, it could also have an influence on a lower branching and an increase in internode length. Other notable genes are LOC101501328 (encoding an extensin-like protein) and LOC101504314 (two-component response regulator ARR5-like involved in cytokinin signaling). During this study, we have collected young leaves that will be used eventually for gene expression analyses. Primer sequences for selected candidate genes regulating flowering time have been designed considering strict criteria for successful qPCR assays. Expression profile differences will enable the characterization of the alleles in the contrasting NILs and eventually the development of molecular markers linked to flowering time.