Análisis fenotípico y genético de frijol tépari (Phaseolus acutifolius A. Gray) para tolerancia a factores bióticos y abióticos

Abstract

High temperatures, drought and diseases are critical factors that limit the production of grain legumes, especially in tropical countries. Tepary beans (Phaseolus acutifolius A. Gray) is a species that is highly tolerant to drought, high temperatures and resistant to common bacterial blight caused by Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli. The objectives of the study were to identify morphological characteristics and Quantitative Trait Loci (QTL) associated with stress tolerance due to terminal drought and high temperatures, and resistant to common bacterial blight in a population. Recombinant inbred lines (RIL) from the cross between the tepary bean accessions G40001 x G40022 were evaluated under stress conditions for terminal drought and high temperatures at the UPR, Juana Díaz, Experimental Station, Puerto Rico during 2015 and 2016. Evaluations of reactions to common bacterial blight were performed during 2016 in a greenhouse at the USDA-ARS Tropical Agriculture Research Station in Mayagüez, Puerto Rico. The evaluated characteristics were: seed yield components, phenological characteristics, vegetation indices, pollen shed, carbon isotope discrimination and in the greenhouse study the phenotypic reaction to the Xap strains 3353 and 484A. Significant differences were observed between the evaluated characteristics and there were positive correlations between seed yield, weight of one hundred seeds and seed dimensions (p≤0.05). The genetic linkage map of the RIL population was constructed using 1343 SNPs with a length of 1448 cM. QTLs associated with seed yield components, phenological characteristics, harvest indices, seed size and color were identified mainly on chromosomes 3, 7 and 8; a number of these QTLs have been previously reported in common bean. A QTL was identified for the first time for carbon isotope discrimination on chromosome 7 in a Phaseolus species and most QTL were the first reported in tepary bean. This study demonstrates the genetic similarity between tepary bean and common bean and it becomes a useful resource to understand the genetics of tepary beans and to develop breeding strategies for the improvement of the crop including the color and size of the seed.

Las altas temperaturas, la sequía y las enfermedades son factores críticos que limitan la producción de leguminosas de grano, especialmente en países tropicales. El frijol tépari (Phaseolus acutifolius A. Gray) es una especie altamente tolerante a sequía, altas temperaturas y resistente a bacteriosis común causada por Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli. Los objetivos del estudio fueron identificar características morfo-fisiológicas y QTL asociados con tolerancia a estrés por sequía terminal, altas temperaturas y resistencia a bacteriosis común en una población de líneas endogamicas recombinantes (RIL) proveniente de la cruza entre las accesiones G40001 x G40022 de frijol tépari. Se evaluó en condiciones de estrés por sequía terminal y altas temperaturas en la Estación Experimental de la UPR, Juana Díaz, Puerto Rico durante los años 2015 y 2016. La evaluación de la resistencia a bacteriosis común se realizó en el invernadero de TARS en 2016. Mientras que para estrés por sequía terminal y altas temperaturas las características evaluadas fueron: componentes de rendimiento de semilla, características fenológicas, índices de vegetación, liberación de polen, discriminación de isotopo de carbono y en el invernadero se estudió la reacción fenotípica a las cepas de Xap 3353 y 484A. Se observó diferencias significativas entre las características evaluadas y una correlación positiva entre rendimiento de semilla, peso de cien semillas y dimensiones de semilla (p≤0.05). El mapa de ligamiento genético de la población RIL se construyó usando 1343 SNPs con una longitud de 1448 cM. Se identificaron QTLs asociados a componentes de rendimiento de semilla, características fenológicas, índices de partición, dimensiones y color de semilla principalmente en cromosomas 3, 7 y 8; un número de estos QTL han sido reportados previamente en frijol común. Se identificó por primera vez un QTL para discriminación de isotopo de carbono en cromosoma 7 en una especie de Phaseolus y la mayoría de QTL fueron reportados por primera vez en frijol tépari. Este estudio demuestra la similitud genética que existe entre frijol tépari y frijol común y se convierte en un recurso útil para entender la genética del frijol tépari y desarrollar estrategias para mejorar el cultivo particularmente el color y tamaño de la semilla.