Hops (Humulus lupulus L.) is a dioecious, herbaceous, perennial plant belonging to the Cannabaceae family, cultivated globally for its cones (female inflorescences), which are essential for beer production. Among the main fungal diseases affecting this species is powdery mildew, caused by the fungus Podosphaera macularis. The infection causes severe damage throughout the plant and the whitening of the cones, making them unsuitable for marketing. Qualitative genetic resistance has been observed in hops, mediated by seven R genes that act according to a gene-for-gene model against corresponding avr genes present in different strains of P. macularis. However, previous studies have suggested that some varieties may exhibit broad-spectrum, quantitative resistance. This thesis reports the results of a QTL (Quantitative Trait Locus) analysis conducted on two segregating F1 populations, obtained from crosses between two susceptible male genotypes and two resistant varieties: Comet and Newport. The analysis of the first F1 population, derived from the resistant cultivar Newport, identified a major QTL located on chromosome 3. This QTL included two contigs containing genes associated with fungal resistance, including genes encoding for endo-1,3-beta-glucanase proteins. In the second F1 population, obtained from the cultivar Comet, another major QTL was identified on chromosome 6. Within it, 27 potential resistance genes were identified, divided into 9 clusters. Also in this case, among the genes expressed during infection were those encoding for endo-1,3-beta-glucanase proteins. In both cases, the analysis highlighted the presence of a single QTL associated with powdery mildew resistance, suggesting that this resistance is mainly qualitative. However, the identification of PR (Pathogenesis-Related) genes, such as endo-1,3-beta-glucanases – known for their toxic activity against fungal pathogens – opens new perspectives for future studies on the nature of genetic resistance in hop and on the role of proteins involved in the response to infection.
Il luppolo (Humulus lupulus L.) è una pianta dioica, erbacea e perenne, appartenente alla famiglia delle Cannabacee, coltivata a livello globale per i suoi coni (infiorescenze femminili), fondamentali nella produzione della birra. Tra le principali patologie fungine che colpiscono questa specie si distingue l’oidio, causato dal fungo Podosphaera macularis. L’infezione provoca gravi danni lungo tutta la pianta e lo sbiancamento dei coni, rendendoli non più idonei alla commercializzazione. Nel luppolo è stata osservata una resistenza genetica di tipo qualitativo, mediata da sette geni R che agiscono secondo un modello gene-for-gene nei confronti di corrispondenti geni avr presenti in diversi ceppi di P. macularis. Tuttavia, studi precedenti hanno suggerito che alcune varietà possano manifestare una resistenza ad ampio spettro, di tipo quantitativo. Nel presente lavoro di tesi sono riportati i risultati di un’analisi QTL (Quantitative Trait Locus) condotta su due popolazioni F1 segreganti, ottenute da incroci tra due genotipi maschili suscettibili e due varietà resistenti: Comet e Newport. L’analisi della prima popolazione F1, derivata dalla cultivar resistente Newport, ha identificato un QTL principale ("major QTL") localizzato sul cromosoma 3. Questo QTL comprendeva due contig contenenti geni associati alla resistenza fungina, tra cui geni codificanti per proteine endo-1,3-beta-glucanasi. Nella seconda popolazione F1, ottenuta dalla cultivar Comet, è stato invece individuato un altro QTL principale sul cromosoma 6. Al suo interno sono stati identificati 27 potenziali geni per la resistenza, suddivisi in 9 cluster. Anche in questo caso, tra i geni espressi durante l’infezione figuravano quelli codificanti per proteine endo-1,3-beta-glucanasi. In entrambi i casi, l’analisi ha evidenziato la presenza di un singolo QTL associato alla resistenza all’oidio, suggerendo che tale resistenza sia prevalentemente di tipo qualitativo. Tuttavia, l’identificazione di geni PR (Pathogenesis-Related), come le endo-1,3-beta-glucanasi – noti per la loro attività tossica nei confronti dei patogeni fungini – apre nuove prospettive per futuri studi sulla natura della resistenza genetica nel luppolo e sul ruolo delle proteine coinvolte nella risposta all’infezione.
Analisi genetica e mappatura di loci di resistenza all'oidio nel luppolo (Humulus lupulus L.)
ROCCA, ANDREA
2023/2024
Abstract
Il luppolo (Humulus lupulus L.) è una pianta dioica, erbacea e perenne, appartenente alla famiglia delle Cannabacee, coltivata a livello globale per i suoi coni (infiorescenze femminili), fondamentali nella produzione della birra. Tra le principali patologie fungine che colpiscono questa specie si distingue l’oidio, causato dal fungo Podosphaera macularis. L’infezione provoca gravi danni lungo tutta la pianta e lo sbiancamento dei coni, rendendoli non più idonei alla commercializzazione. Nel luppolo è stata osservata una resistenza genetica di tipo qualitativo, mediata da sette geni R che agiscono secondo un modello gene-for-gene nei confronti di corrispondenti geni avr presenti in diversi ceppi di P. macularis. Tuttavia, studi precedenti hanno suggerito che alcune varietà possano manifestare una resistenza ad ampio spettro, di tipo quantitativo. Nel presente lavoro di tesi sono riportati i risultati di un’analisi QTL (Quantitative Trait Locus) condotta su due popolazioni F1 segreganti, ottenute da incroci tra due genotipi maschili suscettibili e due varietà resistenti: Comet e Newport. L’analisi della prima popolazione F1, derivata dalla cultivar resistente Newport, ha identificato un QTL principale ("major QTL") localizzato sul cromosoma 3. Questo QTL comprendeva due contig contenenti geni associati alla resistenza fungina, tra cui geni codificanti per proteine endo-1,3-beta-glucanasi. Nella seconda popolazione F1, ottenuta dalla cultivar Comet, è stato invece individuato un altro QTL principale sul cromosoma 6. Al suo interno sono stati identificati 27 potenziali geni per la resistenza, suddivisi in 9 cluster. Anche in questo caso, tra i geni espressi durante l’infezione figuravano quelli codificanti per proteine endo-1,3-beta-glucanasi. In entrambi i casi, l’analisi ha evidenziato la presenza di un singolo QTL associato alla resistenza all’oidio, suggerendo che tale resistenza sia prevalentemente di tipo qualitativo. Tuttavia, l’identificazione di geni PR (Pathogenesis-Related), come le endo-1,3-beta-glucanasi – noti per la loro attività tossica nei confronti dei patogeni fungini – apre nuove prospettive per futuri studi sulla natura della resistenza genetica nel luppolo e sul ruolo delle proteine coinvolte nella risposta all’infezione.| File | Dimensione | Formato | |
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