Genome-wide genotyping elucidates the geographical diversification and dispersal of the polyploid and clonally propagated yam (Dioscorea alata)
Creators
- 1. Institut Agro Montpellier
- 2. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement
- 3. University of Montpellier
- 4. University of Vienna
- 5. Uppsala University
- 6. Vanuatu Cultural Centre
- 7. Madagascar Biodiversity Partnership
- 8. National Agricultural Research Institute
- 9. International Institute of Tropical Agriculture
- 10. Tokyo University of Agriculture
Description
Inferring the diffusion history of many human-dispersed species is still not straightforward due to unresolved past human migrations. The centre of diversification and routes of migration of the autopolyploid and clonally propagated greater yam, Dioscorea alata, one of the oldest edible tubers, remain unclear. Here, we address yam demographic and dispersal history using a worldwide sample.We characterized genome-wide patterns of genetic variation using genotyping by sequencing 643 greater yam accessions spanning four continents. First, we disentangled the polyploid and clonal components of yam diversity using allele frequency distribution and identity by descent approaches. We then addressed yam geographical origin and diffusion history with a model-based coalescent inferential approach.Diploid genotypes were more frequent than triploids and tetraploids worldwide. Genetic diversity was generally low and clonality appeared to be a main factor of diversification. The most likely evolutionary scenario supported an early divergence of mainland Southeast Asian and Pacific gene pools with continuous migration between them. The genetic make-up of triploids and tetraploids suggests that they have originated from these two regions before westward yam migration. The Indian Peninsula gene pool gave origin to the African gene pool, which was later introduced to the Caribbean region.Our results are congruent with the hypothesis of independent domestication origins of the two main Asian and Pacific gene pools. The low genetic diversity and high clonality observed suggest a strong domestication bottleneck followed by thousands of years of widespread vegetative propagation and polyploidization. Both processes reduced the extent of diversity available for breeding, and this is likely to threaten future adaptation.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
لا يزال استنتاج تاريخ انتشار العديد من الأنواع المشتتة للإنسان غير واضح بسبب الهجرات البشرية السابقة التي لم يتم حلها. لا يزال مركز تنويع وطرق هجرة البطاطا الحلوة ذات الصيغة الصبغية الذاتية والمنتشرة استنساخياً، ديوسكوريا ألاتا، أحد أقدم الدرنات الصالحة للأكل، غير واضح. هنا، نتناول التاريخ الديموغرافي للبطاطا الحلوة والتشتت باستخدام عينة عالمية. لقد ميزنا أنماط التنوع الجيني على مستوى الجينوم باستخدام التنميط الجيني من خلال تسلسل 643 إدخالًا أكبر للبطاطا الحلوة عبر أربع قارات. أولاً، قمنا بفك تشابك المكونات متعددة الصيغ الصبغية والنسيلة لتنوع اليام باستخدام نهج توزيع تردد الأليل والهوية بالنسب. ثم تناولنا الأصل الجغرافي لليام وتاريخ الانتشار بنهج استنتاجي متجانس قائم على النموذج. كانت الأنماط الجينية ثنائية الصيغة الصبغية أكثر تكرارًا من الصيغ الصبغية الثلاثية والصيغ الصبغية الرباعية في جميع أنحاء العالم. كان التنوع الجيني منخفضًا بشكل عام وبدا أن الاستنساخ هو العامل الرئيسي للتنويع. دعم السيناريو التطوري الأكثر ترجيحًا تباعدًا مبكرًا في تجمعات الجينات في البر الرئيسي لجنوب شرق آسيا والمحيط الهادئ مع الهجرة المستمرة بينهما. يشير التركيب الجيني للصيغ الصبغية الثلاثية والصيغ الصبغية الرباعية إلى أنها نشأت من هاتين المنطقتين قبل هجرة اليام غربًا. أعطت مجموعة الجينات في شبه الجزيرة الهندية الأصل لمجموعة الجينات الأفريقية، والتي تم إدخالها لاحقًا إلى منطقة البحر الكاريبي. تتوافق نتائجنا مع فرضية أصول التدجين المستقلة لمجموعتي الجينات الرئيسيتين في آسيا والمحيط الهادئ. يشير التنوع الجيني المنخفض والنسيلة العالية التي لوحظت إلى اختناق تدجين قوي تليه آلاف السنين من الانتشار الخضري وتعدد الصيغ الصبغية على نطاق واسع. قللت كلتا العمليتين من مدى التنوع المتاح للتكاثر، ومن المرجح أن يهدد ذلك التكيف في المستقبل.Translated Description (French)
Il n'est toujours pas facile de déduire l'histoire de la diffusion de nombreuses espèces dispersées par l'homme en raison des migrations humaines passées non résolues. Le centre de diversification et les voies de migration de l'igname autopolyploïde et propagé clonalement, Dioscorea alata, l'un des tubercules comestibles les plus anciens, restent incertains. Ici, nous traitons de l'histoire démographique et de la dispersion de l'igname à l'aide d'un échantillon mondial. Nous avons caractérisé les modèles de variation génétique à l'échelle du génome à l'aide du génotypage en séquençant 643 accessions d'igname plus importantes sur quatre continents. Tout d'abord, nous avons démêlé les composantes polyploïdes et clonales de la diversité de l'igname en utilisant des approches de distribution des fréquences alléliques et d'identité par descendance. Nous avons ensuite abordé l'origine géographique et l'historique de diffusion de l'igname avec une approche inférentielle coalescente basée sur un modèle. Les génotypes diploïdes étaient plus fréquents que les triploïdes et les tétraploïdes dans le monde entier. La diversité génétique était généralement faible et la clonalité semblait être un facteur principal de diversification. Le scénario évolutif le plus probable a soutenu une divergence précoce des pools de gènes de l'Asie du Sud-Est et du Pacifique continentaux avec une migration continue entre eux. La constitution génétique des triploïdes et des tétraploïdes suggère qu'ils sont originaires de ces deux régions avant la migration de l'igname vers l'ouest. Le pool génétique de la péninsule indienne a donné naissance au pool génétique africain, qui a ensuite été introduit dans la région des Caraïbes. Nos résultats sont conformes à l'hypothèse d'origines de domestication indépendantes des deux principaux pools génétiques asiatiques et pacifiques. La faible diversité génétique et la clonalité élevée observées suggèrent un fort goulot d'étranglement de domestication suivi de milliers d'années de propagation végétative généralisée et de polyploïdisation. Les deux processus ont réduit l'étendue de la diversité disponible pour la reproduction, ce qui est susceptible de menacer l'adaptation future.Translated Description (Spanish)
Inferir la historia de difusión de muchas especies dispersas por el hombre todavía no es sencillo debido a las migraciones humanas pasadas no resueltas. El centro de diversificación y las rutas de migración del ñame mayor autopoliploide y propagado clonalmente, Dioscorea alata, uno de los tubérculos comestibles más antiguos, siguen sin estar claros. Aquí, abordamos la historia demográfica y de dispersión del ñame utilizando una muestra mundial. Caracterizamos los patrones de variación genética en todo el genoma utilizando el genotipado mediante la secuenciación de 643 accesiones de ñame mayor en cuatro continentes. Primero, desenredamos los componentes poliploides y clonales de la diversidad del ñame utilizando la distribución de frecuencia alélica y los enfoques de identidad por descenso. Luego abordamos el origen geográfico y la historia de difusión del ñame con un enfoque inferencial coalescente basado en modelos. Los genotipos diploides fueron más frecuentes que los triploides y tetraploides en todo el mundo. La diversidad genética era generalmente baja y la clonalidad parecía ser un factor principal de diversificación. El escenario evolutivo más probable apoyó una divergencia temprana de las reservas genéticas del sudeste asiático y el Pacífico continental con una migración continua entre ellas. La composición genética de los triploides y tetraploides sugiere que se originaron en estas dos regiones antes de la migración del ñame hacia el oeste. El acervo genético de la Península Índica dio origen al acervo genético africano, que luego se introdujo en la región del Caribe. Nuestros resultados son congruentes con la hipótesis de orígenes de domesticación independientes de los dos principales acervos genéticos de Asia y el Pacífico. La baja diversidad genética y la alta clonalidad observadas sugieren un fuerte cuello de botella de domesticación seguido de miles de años de propagación vegetativa y poliploidización generalizadas. Ambos procesos redujeron el alcance de la diversidad disponible para la reproducción, y es probable que esto amenace la adaptación futura.Files
mcaa122.pdf.pdf
Files
(93 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يوضح التنميط الجيني على مستوى الجينوم التنويع الجغرافي وانتشار اليام متعدد الصيغة الصبغية والمنتشر في النسيلة (Dioscorea alata)
- Translated title (French)
- Le génotypage à l'échelle du génome élucide la diversification géographique et la dispersion de l'igname polyploïde et de l'igname propagée clonalement (Dioscorea alata)
- Translated title (Spanish)
- El genotipado de todo el genoma aclara la diversificación geográfica y la dispersión del ñame poliploide y propagado clonalmente (Dioscorea alata)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3037524428
- DOI
- 10.1093/aob/mcaa122
References
- https://openalex.org/W1027877471
- https://openalex.org/W1518300550
- https://openalex.org/W1844981334
- https://openalex.org/W1978636160
- https://openalex.org/W1990275569
- https://openalex.org/W1990405730
- https://openalex.org/W1992753192
- https://openalex.org/W1993011119
- https://openalex.org/W1997476591
- https://openalex.org/W1997586583
- https://openalex.org/W1998881980
- https://openalex.org/W2025987231
- https://openalex.org/W2032183532
- https://openalex.org/W2036897871
- https://openalex.org/W2038086243
- https://openalex.org/W2039438307
- https://openalex.org/W2045246534
- https://openalex.org/W2053152033
- https://openalex.org/W2067365580
- https://openalex.org/W2071890008
- https://openalex.org/W2084413253
- https://openalex.org/W2085661664
- https://openalex.org/W2089034121
- https://openalex.org/W2090818616
- https://openalex.org/W2091511983
- https://openalex.org/W2091545075
- https://openalex.org/W2095199588
- https://openalex.org/W2097660788
- https://openalex.org/W2108983679
- https://openalex.org/W2119444539
- https://openalex.org/W2140784970
- https://openalex.org/W2146872410
- https://openalex.org/W2149992227
- https://openalex.org/W2151605243
- https://openalex.org/W2152570988
- https://openalex.org/W2153947402
- https://openalex.org/W2158898879
- https://openalex.org/W2159474015
- https://openalex.org/W2159675211
- https://openalex.org/W2161633633
- https://openalex.org/W2164521181
- https://openalex.org/W2171179155
- https://openalex.org/W2181169025
- https://openalex.org/W2203072230
- https://openalex.org/W2212003476
- https://openalex.org/W2319474234
- https://openalex.org/W2334345442
- https://openalex.org/W2340858006
- https://openalex.org/W2375752211
- https://openalex.org/W2414564212
- https://openalex.org/W2528372310
- https://openalex.org/W2602007372
- https://openalex.org/W2605612340
- https://openalex.org/W2754981995
- https://openalex.org/W2765295729
- https://openalex.org/W2781646070
- https://openalex.org/W2793388634
- https://openalex.org/W2796580754
- https://openalex.org/W2810624951
- https://openalex.org/W2883883396
- https://openalex.org/W2884805412
- https://openalex.org/W2905453209
- https://openalex.org/W2917449625
- https://openalex.org/W2953120749
- https://openalex.org/W2999950066
- https://openalex.org/W4231311503
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W611163329
- https://openalex.org/W624441584