Estimación de la variabilidad presente en materiales de arveja (Pisum sativum L.) para actualizar su uso y conservación mediante la creación de una colección núcleo
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2015
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Resumen
La conservación de los recursos fitogenéticos, articulada con una adecuada caracterización y evaluación, son tareas de interés mundial. Es esencial desarrollar mecanismos que permitan utilizar activamente los recursos fitogenéticos como fuente de diversidad genética útil para la obtención y mejora de variedades. En la presente tesis se planteó como objetivo general estimar la diversidad genética disponible en una colección activa del género Pisum para conformar una colección núcleo validada. Se realizaron colectas de germoplasma en forma de semillas, alcanzando una colección activa de 126 accesiones del género Pisum. En cada una de las campañas a campo se evaluaron un total de 26 descriptores morfológicos, fenológicos y agronómicos. Para todos estos caracteres se encontró una alta variabilidad fenotípica y genotípica. La evaluación de los efectos ambiente e interacción genotipo por ambiente, mostraron diferencias significativas (p<0,05) o altamente significativas (p<0,001), para muchas de las variables cuantitativas. A fin de despejar los efectos genotípicos, se calcularon los valores promedios ajustados para cada descriptor cuantitativo. En el análisis de agrupamiento considerando los caracteres morfológicos cualitativos y cuantitativos, las accesiones de P. abyssinicum mostraron ser más similares a las formas silvestres de P. fulvum que a las accesiones de P. sativum. El género Pisum contiene dos o tres especies dependiendo de la interpretación taxonómica. Actualmente, las clasificaciones taxonómicas existentes en la literatura son confusas. La caracterización molecular se realizó por medio de marcadores SSR (Simple Sequence Repeat) y SRAP (Sequence-Related Amplified Polymorphism). Las medidas de variabilidad genética estimadas fueron elevadas. Para SSR el número de alelos promedio fue de 8,4, la Diversidad Genética fue 0,842 y el PIC promedio fue 0,824. Para SRAP el nivel de polimorfismo fue de 96,52% y el valor de PIC promedio fue 0,347. La correlación entre los marcadores SSR y SRAP fue analizada a nivel de las distancias genéticas individuales y de las distancias grupales (considerando 8 grupos taxonómicos). La correlación entre las distancias grupales fue alta y significativa (r=0,78, p<0,001); mientras que la correlación individuo-individuo fue muy baja (r=0,26, p<0,001). De este modo, la información obtenida a partir de marcadores moleculares SRAP, complementó a aquella obtenida a partir de los microsatélites. Los AMOVA (Análisis de Variancia Molecular) tanto para SSR como SRAP, sugirieron que existe variabilidad genética o que al menos uno de los 8 grupos taxonómicos considerados se diferencia de los otros respecto a sus perfiles moleculares promedio (p<0,0001). Además, dentro de los taxa de Pisum también se observó variabilidad genética (p<0,0001). En los análisis del Análisis de Agrupamiento considerando los datos moleculares, las especies P. fulvum y P. abyssinicum se separaron marcadamente del resto de las accesiones de P. sativum. El análisis conjunto de los datos fenotípicos y moleculares se realizó por medio de un Análisis de Procrustes Generalizado (APG), el cual reveló un 77,6% de consenso entre los ordenamientos producidos por los marcadores SSR y SRAP, y los marcadores fenotípicos. A partir de los análisis de la variabilidad existente en la colección activa de Pisum, se procedió a la construcción de una colección núcleo (CC) a fin de conservar la mayor parte de la variabilidad incluyendo un mínimo de accesiones. Se aplicaron diferentes metodologías que permitieron obtener distintas CCs, para luego elegir aquella CC que fuera más representativa de la colección original. En primer lugar, se analizaron dos criterios de estratificación, previo al análisis de agrupamiento. Para el primer criterio (E1), se consideraron todas las accesiones en conjunto (E1); y para el segundo (E2), se realizó una división primaria según la taxonomía. Posteriormente, para definir el número de accesiones de cada grupo que integrarían la CC se consideraron tres estrategias: Fija (F), Logarítmica (L) y Proporcional (P). Así, se generaron seis CCs; cuyo tamaño varió entre 16 y 34 accesiones. Además, se elaboró una séptima CC utilizando la estrategia M y el programa PowerCore; la cual presentó 58 accesiones. Este tamaño excedió al definido previamente para la CC (10-30% del tamaño de la colección activa). La validación de las CCs se realizó comparando la variabilidad presente en cada una de ellas con respecto a la colección activa, a través de diferentes parámetros obtenidos a partir de la caracterización morfológica y molecular. La estratificación inicial considerando la información taxonómica (E2), resultó más favorable que el criterio E1 en el proceso de elaboración de la CC. La Colección Núcleo conformada utilizando el criterio de estratificación E2 y la estrategia logarítmica, fue la que mejor representó la variabilidad inicial, conservando un 28% de las accesiones.
Conservation of plant genetic resources, articulated with a proper characterization and evaluation, are of worldwide interest. The aim of this thesis was to evaluate the genetic diversity available in an active collection of the genus Pisum in order to develop a validated core collection. 126 accessions belonging to the genus Pisum where characterized. Quantitative and qualitative morpho-vegetative characteristics were evaluated in three environments to determine the presence of variability between accessions. The environment and the genotype-environment interaction may modify the characteristic’s expression and complicate their evaluation. These effects were eliminated by demonstrating that the observed variability has genetic origin. A molecular characterization was performed using SRAP and SSR markers. With both markers types variability parameters were estimated. The analysis of these parameters confirmed the presence of high variability. Using the morphological and molecular data, multivariate analysis techniques were applied and it was demonstrated that the information obtained from molecular markers complements the one obtained from morphological markers. The analysis of genetic relationships among accessions of Pisum was consistent with the existence of three species: P. fulvum, P. sativum and P. abyssinicum. A core collection was constructed with the purpose of preserve the highest variability with the less redundancy. Two stratification criteria previous to the grouping analysis were analyzed: the first one analyzing all the accessions together (E1) and the second one dividing by taxonomy (E2). Afterwards, to determine the number of accessions of each group that will be part of the core collection three strategies were considered (fixed; logarithmic and proportional). Also M strategy was applied, which not only defines the number of accessions that should form the core collection, but also identifies which accessions should be included. Once formed the eight possible core collections through the above strategies, we proceeded to validate them by comparing various parameters obtained from the morphological characterization and molecular characterization between the core collection and initial collection. These analyzes determined that the collection formed from strategy E2L would best represent the initial variability, retaining 28% of the accessions.
Conservation of plant genetic resources, articulated with a proper characterization and evaluation, are of worldwide interest. The aim of this thesis was to evaluate the genetic diversity available in an active collection of the genus Pisum in order to develop a validated core collection. 126 accessions belonging to the genus Pisum where characterized. Quantitative and qualitative morpho-vegetative characteristics were evaluated in three environments to determine the presence of variability between accessions. The environment and the genotype-environment interaction may modify the characteristic’s expression and complicate their evaluation. These effects were eliminated by demonstrating that the observed variability has genetic origin. A molecular characterization was performed using SRAP and SSR markers. With both markers types variability parameters were estimated. The analysis of these parameters confirmed the presence of high variability. Using the morphological and molecular data, multivariate analysis techniques were applied and it was demonstrated that the information obtained from molecular markers complements the one obtained from morphological markers. The analysis of genetic relationships among accessions of Pisum was consistent with the existence of three species: P. fulvum, P. sativum and P. abyssinicum. A core collection was constructed with the purpose of preserve the highest variability with the less redundancy. Two stratification criteria previous to the grouping analysis were analyzed: the first one analyzing all the accessions together (E1) and the second one dividing by taxonomy (E2). Afterwards, to determine the number of accessions of each group that will be part of the core collection three strategies were considered (fixed; logarithmic and proportional). Also M strategy was applied, which not only defines the number of accessions that should form the core collection, but also identifies which accessions should be included. Once formed the eight possible core collections through the above strategies, we proceeded to validate them by comparing various parameters obtained from the morphological characterization and molecular characterization between the core collection and initial collection. These analyzes determined that the collection formed from strategy E2L would best represent the initial variability, retaining 28% of the accessions.
Descripción
Palabras clave
Arveja, Pisum sativum, Colecciones de material genético, Germoplasma, Recursos genéticos, Recursos genéticos