A genomic assisted breeding program for cassava to improve nutritional quality and industrial traits of storage root

• Published in: Crop breeding and applied biotechnology 2011-12, Vol.11 (4), p.289-296
• Main Authors: Carvalho, Luiz Joaquim Castelo Branco, Vieira, Eduardo Alano, Fialho, Josefino de Freitas, Souza, Claudia Regina Batista de
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: AGRONOMY; BIOTECHNOLOGY & APPLIED MICROBIOLOGY; Breeding; Cassava; genome; landraces; microarray and proteomics; Nutritive value
• ISSN: 1984-7033; 1518-7853; 1984-7033
• DOI: 10.1590/S1984-70332011000400001

Cassava is cultivated for two ends proposals: "sweet cassava" as fresh consumes and "industry cassava" as source of starch and farina. Landraces were used to discover "spontaneous mutations" and to develop evolutionary and breeding perspective of gene function. Genomic and Proteomic resources were obtained. Gene expression by RNA blot and Microarray analysis were performed to identify differentially expressed genes. A new sugary cassava was identified to be related to missing expression of BEI and a nonsense mutation in GBSSI gene leading to amylose free starch. A pink phenotype showed no expression of CasLYB gene, and a yellow phenotype a down regulation of CasHYb. Proteomic analysis of carotenoid-protein complex together with gene expression analysis of CAP4 revealed a heteroduplex double strand cDNA associated with high carotenoid content. GBSSI gene sequencing identified 22 haplotypes and large nucleotide diversity. Segregating populations by crossing differential biochemical phenotypes and parents adapted to Cerrado's Region were obtained. A mandioca é cultivada como "mandioca mansa" para consumo in natura e "mandioca para indústria" como fonte de amidos e farinhas. Raças locais foram utilizadas para descoberta de "mutações espontâneas" e desenvolvimento de abordagem evolutiva e de melhoramento para estudos de função gênica. Recursos de Genômica e Proteômica foram obtidos. Análises de expressão gênica por blot de RNA e microarranjos foram desenvolvidos para identificação de expressão diferencial. "Mandioca açucarada" foi identificada, sendo relacionada com falta de expressão do gene da BEI e de uma mutação "nonsence" na sequência do gene GBSSI causando a formação do amido serose. "Mandioca avermelhada" apresentou falta de expressão do gene CasLYB, e a "amarela" uma regulação de repressão do gene CasHYb. Análise Proteômica do complexo carotenóide-proteína, juntamente com a análise de expressão de gene da CAP4, revelaram uma dupla fita de cDNA associada ao elevado acúmulo de carotenóide. Sequenciamento do gene da GBSSI identificou 22 haplótipos e grande diversidade de nucleotídios. Populações segregantes de cruzamentos de fenótipos bioquímicos diferenciados com cultivares elites dos Cerrados foram obtidas.