Estatura de planta e caracteres relacionados em trigo : caracterização fenotípica e identificação de genes Rht por marcadores moleculares

Abstract

Os genes de nanismo do trigo (Triticum aestivum L.), conhecidos como Reduced Height (Rht), foram utilizados no desenvolvimento de cultivares modernas para reduzir a estatura de planta. Estes genes podem afetar diferentes vias envolvendo principalmente o ácido giberélico (AG). Por isso, os genes Rht são agrupados em duas categorias baseadas na resposta à aplicação exógena de AG, os quais podem ser insensíveis ou sensíveis ao AG. O AG regula muitos aspectos do desenvolvimento, fazendo que a interferência na resposta da planta também desencadeie efeitos em uma série de características agronômicas importantes. Os objetivos deste estudo foram caracterizar a sensibilidade ao AG, o comprimento do coleóptilo e a estatura de planta e outros caracteres relacionados em um painel de genótipos de trigo e analisar a relação destes caracteres com a presença de genes Rht. A sensibilidade ao AG foi medida como a porcentagem da diferença no crescimento das plantas tratadas com AG em relação ao mesmo genótipo irrigado com apenas água destilada. O comprimento do coleóptilo foi medido em sementes mantidas em câmara de germinação a 20°C em papel de germinação. A estatura de planta foi avaliada em três ambientes, Passo Fundo (Brasil) em 2020 e 2021 e Chacabuco (Argentina) em 2021, com seus componentes avaliados principalmente em Passo Fundo em 2021. Neste ambiente, o número de grãos por espiga e a largura e comprimento da folha bandeira também foram avaliados. O número de dias até a antese foi avaliado em Passo Fundo em 2020 e 2021. Marcadores moleculares para os alelos Rht-B1b, Rht-D1b e genes Rht8, Rht18 e Rht24 foram testados. Houve variação altamente significativa para todos os caracteres fenotípicos avaliados, com interação genótipo x ambiente significativa nos caracteres avaliados em dois ambientes ou mais. A maior sensibilidade ao AG esteve associada aos genótipos com detecção de genes Rht com sensibilidade ao AG (Rht8 e Rht24) ou ausência de genes Rht detectados. O comprimento do coleóptilo foi afetado negativamente pela presença dos alelos de insensibilidade ao AG (Rht-B1b e Rht-D1b). A estatura de planta foi menor em genótipos com Rht-B1b, Rht-D1b e Rht24, detectados sozinhos ou em combinações entre eles, em todos os ambientes avaliados. Todas as correlações entre os genes Rht e os componentes da estatura de planta foram negativas, destacando-se o alelo Rht-D1b, com maior efeito sobre o comprimento dos entrenós 2 e 3 e o alelo Rht-B1b com Rht24 no comprimento do pedúnculo. O número de dias até a antese e o comprimento da folha bandeira foram correlacionados negativamente com a presença de Rht24, isolado ou em combinações. O maior número de grãos por espiga foi correlacionado a presença de Rht-B1b. Por fim, o uso do gene Rht24 é uma estratégia para reduzir a estatura em regiões quentes e secas, já que não reduz o comprimento do coleóptilo, enquanto que o alelo Rht-B1b possibilita maiores benefícios em ambientes pelos quais coleóptilos menores não são um caráter negativo.

The reduced height (Rht) genes of wheat (Triticum aestivum L.) were used in the development of modern cultivars to reduce plant height. These genes can affect different pathways mainly involving gibberellic acid (GA). Therefore, Rht genes are grouped into two categories based on their response to exogenous application of GA, which can be both insensitive or sensitive to GA. GA regulates many aspects of development, so that interference with the plant response also triggers effects on a number of important agronomic traits. The objectives of this study were to characterize GA sensitivity, coleoptile length, plant height and other related traits in a panel of wheat genotypes and to analyze the relationship of these traits with the presence of Rht genes. GA sensitivity was measured as the percentage difference in growth of plants treated with GA compared to the same genotype irrigated with only distilled water. Coleoptile length was measured in seeds kept in a germination chamber at 20°C on germination paper. Plant height was evaluated in three environments, Passo Fundo (Brazil) in 2020 and 2021 and Chacabuco (Argentina) in 2021, with its components evaluated mainly in Passo Fundo in 2021. In this environment, the number of grains per ear and the flag leaf width and length were also evaluated. The number of days until anthesis was evaluated in Passo Fundo in 2020 and 2021. Molecular markers for the Rht-B1b, Rht-D1b alleles and Rht8, Rht18 and Rht24 genes were tested. There was highly significant variation for all phenotypic characters evaluated, with significant genotype x environment interaction in the characters evaluated in two or more environments. The highest GA sensitivity was associated with genotypes with detection of Rht genes with sensitivity to GA (Rht8 and Rht24) or absence of detected Rht genes. Coleoptile length was negatively affected by the presence of GA insensitivity alleles (Rht-B1b and Rht-D1b). Plant height was lower in genotypes with Rht-B1b, Rht-D1b and Rht24, detected alone or in combinations between them, in all evaluated environments. All correlations between Rht genes and plant height components were negative, highlighting the Rht-D1b allele, with greater effect on the length of internodes 2 and 3, and the Rht-B1ballele with Rht24 on the peduncle length. The number of days until anthesis and the length of the flag leaf were negatively correlated with the presence of Rht24, alone or in combinations. The highest number of grains per ear was correlated with the presence of Rht-B1b. Finally, the use of the Rht24 gene is a strategy to reduce height in warm and dry regions, as it does not reduce the coleoptile length, while the Rht-B1b allele provides greater benefits in environments in which smaller coleoptiles are not a negative trait.