Diagnóstico molecular de la roya marrón y naranja de la caña de azúcar y evaluación de la resistencia a roya marrón en Tucumán, R. Argentina, mediante marcadores moleculares asociados a Bru1, un alelo de resistencia de amplio espectro

Paper presented al the XVIII Congress of the International Society of Sugar Cane Technologists, Sao Paulo, Brazil, 24-27 June 2013 and published here with the agreement of the Society.

Resumen

ABSTRACT
          Brown rust (Puccinia melanocephala), first reported in Tucumán in 1988, and orange rust (P. kuehnii), not yet reported in Argentina, cause important yield losses in global sugarcane production. Due to the difficulties in distinguishing these two sugarcane diseases with the naked eye, it is essential to use molecular techniques for an accurate diagnosis. A major gene, Bru1, which confers resistance to a broad spectrum of P. melanocephala strains in different parts of the world, has been described, and molecular markers closely associated with this allele have been developed. The present study aims to i) optimise a PCR-based method to diagnose and characterise the causal agent population of both types of rust in Tucumán; ii) determine the usefulness of the Bru1 gene in the Sugarcane Breeding Program of Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC), by studying its association with resistant and susceptible phenotypes; and iii) assess the frequency of the Bru1 allele in EEAOC sugarcane germplasm. Conditions for both brown and orange rust diagnosis were optimised. When analysing 30 sugarcane samples showing rust symptoms, only P. melanocephala DNA was amplified. Sugarcane varieties frequently used in the EEAOC Breeding Program were analysed in order to study the usefulness of the Bru1 allele to diagnose brown rust resistance in Tucumán. Out of 129 evaluated genotypes, 49 (38.0%) were found to be resistant to brown rust, but only 8 (16.3%) of these were positive for the Bru1 allele. We then analysed the frequency of appearance of the Bru1 allele by using diagnostic markers R12H16 and 9020-F4-RsaI, in 191 sugarcane accessions of the EEAOC germplasm. Presence, as determined by the two markers, was detected in only 7% of the evaluated genotypes. In conclusion, although results showed that Bru1 markers enable positive selection of this character, additional resistance source(s) are available in the EEAOC Sugarcane Breeding Program.

RESUMEN
Diagnóstico molecular de la roya marrón y naranja de la caña de azúcar y evaluación de la resistencia a roya marrón en Tucumán, R. Argentina, mediante marcadores moleculares asociados a Bru1, un alelo de resistencia de amplio espectro

          La roya marrón (Puccinia melanocephala), reportada por primera vez en Tucumán en 1988, y la roya naranja (P. kuehnii), aún no encontrada en la Argentina, causan importantes pérdidas de rendimiento en la producción global de caña de azúcar. Debido a la dificultad de distinguir estas dos enfermedades a simple vista, el empleo de técnicas moleculares es esencial para un diagnóstico preciso. Se ha descripto un gen mayor, Bru1, que confiere resistencia contra un amplio espectro de cepas de P. melanocephala de diferentes partes del mundo, y se han desarrollado marcadores moleculares estrechamente asociados con él. Los objetivos del presente estudio son: i) optimizar un método basado en PCR para el diagnóstico y la caracterización de poblaciones de los agentes causales de ambas royas en Tucumán; ii) determinar la utilidad del gen Bru1 en el Programa de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar (PMGCA) de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC), estudiando su asociación con fenotipos resistentes y susceptibles; y iii) determinar la frecuencia del alelo Bru1 en el germoplasma de la EEAOC. Se optimizaron las condiciones para el diagnóstico de ambas royas. Se analizaron 30 muestras de caña de azúcar con síntomas y solo se amplificó ADN de P. melanocephala. Por otra parte, variedades de caña de azúcar frecuentemente utilizadas por el PMGCA fueron analizadas para estudiar la utilidad de los marcadores asociados a Bru1 para detectar resistencia a roya marrón. De los 129 genotipos evaluados, 49 (38,0%) resultaron resistentes a la enfermedad y solo 8 (16,3%) de los resistentes fueron positivos para el alelo Bru1. También se analizó la frecuencia de aparición de Bru1 mediante los marcadores diagnósticos en 191 accesiones de caña de azúcar del germoplasma de la EEAOC. El gen fue detectado en solo 7% de los genotipos evaluados mediante dos marcadores. En conclusión, los resultados demostraron que los marcadores de Bru1 posibilitan la selección positiva de este carácter, aun cuando otras fuentes de resistencia están disponibles en el PMGCA de la EEAOC.