Breeding strategies for resistance to sunflower broomrape: New sources of resistance and markers for resistance and avirulence genes

Abstract

Sunflower broomrape (Orobanche cumana Wallr.) is a holoparasitic plant that causes significat yield losses to sunflower crops. While there are many studies associated with genetic resistance to broomrape in sunflower, the molecular tools that are available for research on O. cumana are very scarce. Genetic resistance to O. cumana in sunflower has been found in most cases following a gene-for-gene interaction, with dominant resistance genes in the host and dominant avirulence genes in the parasite. Due to this interaction, it is importat to know more about what the parasite is like and how it interacts, since a knowledge of both parts of the interaction is important for the development of long-term genetic resistance strategies, taking into account the rapid evolution in the virulence of the parasitic plant. The objectives of this Thesis focused on providing new data and molecular tools on the virulence/avirulence of O. cumana that are the basis for new approaches in the fight against the sunflower broomrape. In this work, SSR (simple sequence repeat) and SNP (single nucleotide polymorphism) molecular markers have been used to develop the first O. cumana genetic linkage map, successfully mapping a gene responsible for color, being the first step in the identification and mapping of other genes of interest. An avirulence gene, AvrHybrid2, has been positioned on the genetic map, thanks to the study of the inheritance of the trait using two O. cumana population currently found in Spain. Although resistance to the parasite has been found mainly qualitative, controlled by dominant genes, continuous racial evolution has given rise to the need for new sources of quantitative resistance. For this reason, a genome-wide association study (GWAS) in sunflower against different O. cumana races has revealed a series of markers associated with resistance and several candidate genes have been identified in these regions. They should be studied in more detail to discover new genes that lead to better and longer lasting sunflower broomrape resistance.

El jopo de girasol (Orobanche cumana Wallr.) es una planta holoparásita que causa importantes pérdidas de rendimiento en el cultivo de girasol. Si bien existen muchos estudios asociados con la resistencia genética en el huésped, las herramientas moleculares que se conocen para O. cumana son muy escasas. La resistencia genética a O. cumana se ha encontrado que sigue, en la mayoría de los casos, un modelo gen a gen, con genes dominantes de resistencia en el huésped y genes dominantes de avirulencia en el parásito. Debido a esta interacción, es importante conocer más sobre cómo es el parásito y cómo interactúa, ya que el conocimiento de ambas partes de la interacción es importante para el desarrollo de estrategias de resistencia genética a largo plazo, teniendo en cuenta la rápida evolución en la virulencia de la planta parásita. Los objetivos de esta Tesis se han centrado en aportar nuevos datos, así como herramientas moleculares relacionadas con la virulencia/avirulencia de O. cumana, que sirvan como base para el desarrollo de nuevos enfoques en la lucha contra esta planta parásita. En este trabajo se han utilizado marcadores moleculares de tipo SSR (secuencia de repetición simple) y SNP (polimorfismo de nucleótido simple) para desarrollar el primer mapa de ligamiento genético en O. cumana, mapeando además con éxito, un gen responsable del color, siendo el primer paso en la identificación y mapeo de otros genes de interés. Un gen de avirulencia, AvrHybrid2, ha sido mapeado en el mapa genético, gracias al estudio de la herencia llevado a cabo entre dos poblaciones de O. cumana presentes actualmente en España. Aunque la resistencia al parásito se ha encontrado principalmente cualitativa, controlada por genes dominantes, la evolución racial continua ha dado lugar a la necesidad de utilizar nuevas fuentes de resistencia de carácter cuantitativo. Por este motivo, un estudio de asociación de genoma completo (GWAS) en girasol evaluado frente a diferentes razas de O. cumana, ha revelado una serie de marcadores asociados a resistencia y, se han identificado varios genes candidatos en estas regiones que conviene estudiar con más detenimiento para descubrir nuevos genes. que logren conducir a una mejor y más duradera resistencia a jopo de girasol.