Mapa genético de las características del maíz tropical (Zea mays L.) asociadas con la resistencia a la plaga de almacenamiento, Sitophilus zeamais Motsch. (Coleoptera: Curculionidae) Público Deposited
Maize (Zea mays, L) postharvest problems in tropical areas are a constraint to food security. The maize weevil (MW), Sitophilus zeamais (Motsch.) is a pest that causes severe losses in developing countries. This thesis examines the biochemical and genetic bases of MW resistance in tropical maize. First, we investigated the role of pericarp cell wall components in MW resistance in tropical maize genotypes. The principal cell wall components associated with MW resistance were simple phenolic acids, diferulates, and hydroxyproline-rich glycoproteins. A detailed analysis of phenolics indicated the presence of trans-ferulic acid, p-coumaric acid and four isomers of diferulic acids. Cell wall cross-linking components contribute to MW resistance by fortification of the pericarp cell wall as well as increase grain hardness. Our second objective was to investigate the role of peroxidases POD in maize grain resistant to the MW and seed viability. Activity was detected in the germ, the endosperm and the tip area. POD founded within the endosperm shows a negative correlation with MW resistant. Specific activities recorded in the germ and tip area show a positive and significant correlation with seed viability. Histochemical stain confirmed the POD location in the germ and the aleurone layer. We analyzed quantitative trait loci (QTL) associated with resistance to MW in tropical maize. The map was developed from the cross CML290 (susceptible) x Muneng-8128C0HC1-18- 2-1-1 (resistant) using RFLP and SSR. We detected several genomic areas involved in resistance to the MW explaining between 8 to 31% of the phenotypic variance. Using the same mapping population we analyzed QTL of phytochemical factors associated with MW resistance. An average of ten QTL were founded for trans and cis FA, 8,5'-DiFA, 8-O-4'-DiFA, 8,5'-DiFAb, FAP, and CFP while a mean of seven QTL were determinated to affect p-CA, 5,5'-DiFA, total FA, total DiFAs, and total phenolic acids. These QTL were dispersed across the maize genome and explaining between 25% and 47% of the phenotypic variance. Genetic effects were mainly dominant and additive. The environment affects these QTL. Cluster areas between QTL of MW with genes of disease and insect resistance were also founded. Nine regions were common between QTL of susceptibility and phytochemical, demonstrating genetic associations for MW resistance. These studies should be considered in the development of maize resistant to biotic stress for regions where storage pests are a threat to food security.
En áreas tropicales, los problemas de manejo de maíz (Zea mays L) en postcosecha son una limitante de seguridad alimentaria. El gorgojo de maíz (GM), Sitophilus zeamais (Motsch) es una plaga que causa pérdidas severas en países en desarrollo. Esta tesis examina las bases bioquímicas y genéticas de la resistencia del maíz tropical al GM. Inicialmente se investigó la función de los componentes de la pared celular del pericarpio en la resistencia al GM utilizando genotipos de maíz tropical. Los principales componentes de la pared celular asociados a la resistencia fueron ácidos fenólicos simples, diferulatos y gluco-proteínas ricas en hidroxiprolina. El estudio detallado de los compuestos fenólicos indicó la presencia de ácido trans-ferúlico, ácido p-coumárico y cuatro isómeros de ácidos diferúlicos. Los componentes de enlace de la pared celular contribuyen a la resistencia contra el GM por medio del fortalecimiento de esta estructura en el pericarpio incrementado así la dureza del grano. El segundo objetivo fue investigar la función de la peroxidasa (POD) de grano en la resistencia al GM y en la viabilidad. La actividad de la POD se detecto en el embrión, endospermo y la región micropilar. La actividad en el endospermo mostró una correlación negativa con la resistencia al GM. Las actividades específicas determinadas en el embrión y la región micropilar correlacionaron con la viabilidad. La tinción histoquímica confirmó la localización de la POD en embrión y la aleurona del endospermo. Utilizando análisis de QTLs (locus de características cuantitativas) se asoció la resistencia al GM en maíz tropical. El mapa genético fue desarrollado con la cruza CML290 (susceptible) x Muneng-8128C0HC1-18-2-1-1 (resistente) utilizando RFLPs y SSRs. Varias áreas genómicas fueron asociadas con la resistencia al GM. Estas explicaron entre el 8 y 31% de la variación genotípica. QTLs de factores fitoquímicos asociados con la resistencia al GM también se analizaron. Un promedio de diez a doce QTLs se encontró para el ácido ferúlico, ácidos diferúlicos y amidas aromáticas. Estos QTLs se localizaron a lo largo del genoma de maíz explicando entre un 25 a 47% de la variación fenotípica. Los efectos genéticos encontrados fueron principalmente dominantes y aditivos afectados por el ambiente. Estos QTLs se localizan en áreas de genes de resistencia enfermedades e insectos. Nueve regiones de QTLs fueron declaradas comunes entre los parámetros de susceptibilidad y de resistencia fitoquímica, demostrando asociaciones genéticas. Estos estudios deben considerarse en el desarrollo de maíz resistente a factores bióticos para las regiones donde las plagas de almacén son un desafío de seguridad alimentaria.
La conservation post-récolte du maïs (Zea mays L.) est un problème majeur pour la securité alimentaire en régions tropicales. Le charançon du maïs (CM), Sitophilus zeamais (Motsch) est un parasite qui cause des pertes importantes dans les pays en développement. Cette thèse examine les bases biochimiques et génétiques de la résistance du maïs tropical au CM. Les recherches ont d’abord concerné le rôle des composants de la paroi cellulaire du péricarpe dans la résistance au CM chez le maïs tropical. Les principaux composants de la paroi cellulaire associés à la résistance sont les acides phénoliques simples, l’acide diférulique et les glycoprotéines riches en hydroxiproline. L'étude détaillée des composés phénoliques a indiqué la présence d'acide transférulique, d'acide p-coumarique et de quatre isomères des acides diféruliques. Les composants de liaison de la paroi cellulaire contribuent à la résistance au CM en renforçant cette structure dans le péricarpe, accroissant ainsi la dureté du grain. Le second objectif était d'étudier le rôle des peroxydases (POD) du grain dans la résistance au CM et dans la viabilité de la graine. L'activité de la POD a été détectée dans l'embryon, l'endosperme et la région du micropyle. L'activité dans l'endosperme présente une corrélation négative avec la résistance au CM. Les activités spécifiques déterminées dans l'embryon et la région du micropyle présentent une corrélation positive et significative avec la viabilité de la graine. La coloration histochimique a confirmé la présence de POD dans l’embryon et l’aleurone de l’endosperme. Les QTL (loci des traits quantitatifs) associés à la résistance au GM en maïs tropical ont été localisés. La carte génétique du croisement CML290 (susceptible) x Muneng-8128C0HC1-18-2-1-1 (résistant) a été développée en utilisant des marqueurs RFLP et SSR. Plusieurs régions du génome ont été associées à la résistance au CM, expliquant entre 8 à 31% de la variation phénotypique. Les QTL des facteurs phytochimiques associés à la résistance au CM ont également été analysés. Une moyenne de dix à douze QTL a été trouvée pour les acides phénoliques simples, les acides diféruliques, et les amides phénoliques. Ces QTL sont répartis sur l’ensemble du génome du maïs et expliquent entre 25 et 47% de la variation. Les effets génétiques observés sont principalement dominants et additifs, et dépendent de l’environnement. Neuf régions QTL communes entre les paramètres de susceptibilité et de résistance phytochimique ont ete identifiées, révèlant des associations génétiques pour la résistance au CM. Ces résultats doivent être pris en compte dans le développement de maïs résistants à des stress biotiques pour les régions où les pertes en cours de stockage sont un défi pour la sécurité alimentaire.
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