Caracterização da diversidade genética de inhame (Dioscorea alata) utilizando marcadores microssatélites

• Main Author: Marcos Vinicius Bohrer Monteiro Siqueira
• Other Authors: Elizabeth Ann Veasey
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2011
• Subjects: Agricultura; Ecossistemas agrícolas; Inhame; Marcador Molecular; Variação Genética; Variedades Vegetais.; Genetic diversity; Genetic variability.; Local varieties; Morphological traits; Traditional agriculture
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/91/91131/tde-19092011-102240/

O gênero Dioscorea é o mais amplo da família Dioscoreaceae, apresentando cerca de 600 espécies distribuídas, sobretudo, nos trópicos, com grande importância na alimentação, principalmente na África Ocidental, na Sudeste Asiático, no Caríbe e em alguns países da América do Sul. No Brasil, algumas espécies de inhame (Dioscorea spp.), juntamente com a mandioca (Manihot esculenta Crantz), têm uma profunda importância na agricultura de subsistência, sendo utilizadas basicamente como fonte de carboidrato para alimentação humana. Pouco se conhece sobre a diversidade e estrutura genética dessas espécies, como evoluíram nos últimos anos, sobretudo pela escassez de avaliações moleculares. O presente estudo tem como objetivos: (i) apresentar dados sócio-econômicos e etnobotânicos relativos aos diferentes agricultores que cultivam a espécie; (ii) isolar primers de microssatélites usando uma biblioteca genômica enriquecida e testar sua amplificação entre outras espécies de Dioscorea; (iii) analisar a relação genética entre 73 variedades locais e 17 acessos comerciais de inhame coletados em cinco diferentes regiões do Brasil (Sul, Sudeste, Nordeste, Norte e Centro-oeste) usando um conjunto de 12 microssatélites. Túberas de inhame foram coletadas em 28 municípios proveniente de cinco regiões onde a espécie é comumente cultivada, bem como em mercados locais e feiras de vários estados do Brasil. Outros acessos foram obtidos dos bancos de germoplasma ex situ pertencentes a ESALQ/USP, IAC e FCA/UNESP. Uma análise descritiva de diferentes agricultores foi realizada, indicando distintos perfis entre as regiões analisadas. Um amplo espectro de nomes populares foi registrado com diferenças entre regiões. As entrevistas com os agricultores revelaram que a espécie tem perdido sua importância em algumas áreas tradicionais/locais. O isolamento de marcadores microssatélites polimórficos resultou na detecção de 14 locos de microssatélites (SSR). Destes, dez foram selecionados para caracterizar 80 acessos de D. alata. O conteúdo de informação polimórfica foi de 0,39 a 0,78 e o poder de descriminação foi de 0,15 a 0,91. Seis destes marcadores mostraram transferibilidade entre as espécies D. bulbifera, D. cayenensis-D. rotundata e D. trifida. Em um estudo de diversidade morfológica e molecular, 12 pares de microssatélites polimórficos (nove desenvolvidos neste estudo e três obtidos da literatura) foram usados para gerar perfis de DNA de cada acesso da espécie e quatro perfis morfológicos foram analisados. A caracterização morfológica mostrou considerável diversidade e nenhum agrupamento específico foi observado entre as regiões. As análises moleculares de D. alata mostraram alta diversidade intra-específica nos acessos locais de diferentes regiões do Brasil. Contudo, a estrutura populacional entre as regiões coletadas foi relativamente baixa. Somente acessos da região Centro-Oeste apresentaram um aparente agrupamento regional, resultado quase similar foi observado nos acessos do nordeste. Estes resultados mostram uma mistura de acessos em todas as regiões coletadas, na qual é consistente com a falta de correlação entre as distâncias geográficas e genéticas, sugerindo que as túberas de inhame têm se movido extensivamente pelo fluxo humano. A diversidade genética encontrada pode ser explicada pelo resultado de um contínuo intercâmbio de variedades através do território brasileiro. O desenvolvimento de marcadores moleculares SSR em D. alata e análises de genética populacional são essenciais para o avanço de pesquisas nesta espécie. A geração de informação é de grande importância para a identificação, exploração racional e conservação da variabilidade genética da espécie, tanto da forma in situ e/ou ex situ. === The genus Dioscorea is the largest in the Dioscoreaceae family, featuring approximately 600 species distributed mainly in the tropics, with high importance as food supply in West Africa, Asia southeast, the Caribbean and a few countries in South America. In Brazil, some species of yam (Dioscorea spp.) together with cassava (Manihot esculenta Crantz), have a profound importance in subsistence agriculture, being used primarily as a source of carbohydrate for human feeding. Little is known about the genetic diversity and structure of these species, and also how it evolved in recent centuries, particularly because of the scarcity of molecular evaluations. The present study is intended to: (i) present socio-economic and ethnobotanical data on the different agriculturists that cultivated the species; (ii) isolate microsatellite primers using an enriched genomic library technique and test for cross amplifications in other species of Dioscorea; (iii) analyse the genetic relationships among 73 local acessions and 17 commercial accessions of water yam collected in five different regions in Brazil (South, Southeast, Northeast, Central-West and North) using a set of 12 microsatellite. Tubers of D. alata were collected in 28 municipalities from this five regioesn where the species is commonly cultivated, as well as on local markets and fairs from several states across Brazil. Other accessions were obtained from the ex situ germplasm collections belonging to ESALQ/USP, IAC and FCA/UNESP. A descriptive analysis of different farmers was performed, indicating unequal profiles between the screened regions. A wide range of vernacular names were registered with differences between regions. The interviews eith the agriculturist revealed that the species are losing their importance in some traditional/local areas. The isolation of codominant polymorphic microsatellite markers resulted in the detection of 14 short tandem repeat (SSR) loci, and ten were selected to characterize 80 D. alata accessions. The polymorphism information content varied from 0.39 to 0.78 and the power discrimination ranged from 0.15 to 0.91. Six of the markers showed transferability between the species D. bulbifera, D. cayenensis-D. rotundata and D. trifida. In a morphological and molecular diversity study, 12 polymorphic microsatellite primers were used to generate DNA profiles for each accession of the species and four morphological traits were analyzed. The morphological characterization showed considerable diversity and no specific clustering was observed between regions. The molecular analyses of D. alata showed a high intraspecific diversity in local varieties from different regions in Brazil. However, population structuring between sampling regions was rather low. Only the accessions from the Central-Western region showed an apparent regional clustering, almoust similar were observed with northeast acessions. These results show an admixture of accessions in all sampling regions, which is further consistent with the lack of a correlation between geographic and genetic distances, suggesting that water yam tubers have moved extensively by human fluxes. The genetic diversity found can be explained by the result of a continuous exchange of varieties through the Brazilian distribution range. The development of molecular SSR markers for D. alata and genetic population analysis is essential for the ongoing research on this species. The generated information is of great importance for the identification, rational exploitation and conservation of the genetic variability of this species, in a in situ and/or ex situ way.