Published August 5, 2015
| Version v1
Publication
Open
Development of SSR markers and genetic diversity analysis in enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman), an orphan food security crop from Southern Ethiopia
Creators
- 1. Sant'Anna School of Advanced Studies
- 2. Hawassa University
- 3. Tuscia University
- 4. National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development
Description
Enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman; Musaceae) is a multipurpose drought-tolerant food security crop with high conservation and improvement concern in Ethiopia, where it supplements the human calorie requirements of around 20 million people. The crop also has an enormous potential in other regions of Sub-Saharan Africa, where it is known only as a wild plant. Despite its potential, genetic and genomic studies supporting breeding programs and conservation efforts are very limited. Molecular methods would substantially improve current conventional approaches. Here we report the development of the first set of SSR markers from enset, their cross-transferability to Musa spp., and their application in genetic diversity, relationship and structure assessments in wild and cultivated enset germplasm.SSR markers specific to E. ventricosum were developed through pyrosequencing of an enriched genomic library. Primer pairs were designed for 217 microsatellites with a repeat size > 20 bp from 900 candidates. Primers were validated in parallel by in silico and in vitro PCR approaches. A total of 67 primer pairs successfully amplified specific loci and 59 showed polymorphism. A subset of 34 polymorphic SSR markers were used to study 70 both wild and cultivated enset accessions. A large number of alleles were detected along with a moderate to high level of genetic diversity. AMOVA revealed that intra-population allelic variations contributed more to genetic diversity than inter-population variations. UPGMA based phylogenetic analysis and Discriminant Analysis of Principal Components show that wild enset is clearly separated from cultivated enset and is more closely related to the out-group Musa spp. No cluster pattern associated with the geographical regions, where this crop is grown, was observed for enset landraces. Our results reaffirm the long tradition of extensive seed-sucker exchange between enset cultivating communities in Southern Ethiopia.The first set of genomic SSR markers were developed in enset. A large proportion of these markers were polymorphic and some were also transferable to related species of the genus Musa. This study demonstrated the usefulness of the markers in assessing genetic diversity and structure in enset germplasm, and provides potentially useful information for developing conservation and breeding strategies in enset.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
إنست (Ensete ventricosum) الجبن ؛ Musaceae) هو محصول أمن غذائي متعدد الأغراض يتحمل الجفاف مع اهتمام كبير بالحفظ والتحسين في إثيوبيا، حيث يكمل متطلبات السعرات الحرارية البشرية لحوالي 20 مليون شخص. يتمتع المحصول أيضًا بإمكانات هائلة في مناطق أخرى من أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، حيث يُعرف فقط باسم النبات البري. على الرغم من إمكاناتها، فإن الدراسات الجينية والجينومية التي تدعم برامج التربية وجهود الحفظ محدودة للغاية. من شأن الطرق الجزيئية أن تحسن بشكل كبير النهج التقليدية الحالية. نبلغ هنا عن تطوير المجموعة الأولى من علامات SSR من ENSET، وقابليتها للنقل المتبادل إلى أنواع موسى، وتطبيقها في التنوع الجيني، وتقييمات العلاقة والبنية في البلازما الجرثومية INSET البرية والمزروعة. تم تطوير علامات SR الخاصة بـ E. ventricosum من خلال التسلسل الحراري لمكتبة جينومية غنية. تم تصميم أزواج تمهيدية لـ 217 قمرًا صناعيًا صغيرًا بحجم تكرار أكبر من 20 نقطة أساس من 900 مرشح. تم التحقق من صحة البرايمر بالتوازي مع نهج تفاعل البوليميراز المتسلسل في السيليكون وفي المختبر. نجح ما مجموعه 67 زوجًا من الأزواج التمهيدية في تضخيم مواضع محددة وأظهر 59 زوجًا تعدد الأشكال. تم استخدام مجموعة فرعية من 34 علامة SSR متعددة الأشكال لدراسة 70 مدخلًا بريًا ومزروعًا. تم اكتشاف عدد كبير من الأليلات جنبًا إلى جنب مع مستوى متوسط إلى مرتفع من التنوع الجيني. كشفت AMOVA أن الاختلافات الأليلية داخل السكان ساهمت في التنوع الجيني أكثر من الاختلافات بين السكان. يُظهر التحليل الوراثي القائم على UPGMA والتحليل التمييزي للمكونات الرئيسية أن المجموعة البرية منفصلة بوضوح عن المجموعة المزروعة وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالمجموعة الخارجية موسى النيابة. لم يلاحظ أي نمط عنقودي مرتبط بالمناطق الجغرافية، حيث يزرع هذا المحصول، في السلالات البرية. تؤكد نتائجنا على التقليد الطويل المتمثل في التبادل المكثف للبذور بين المجتمعات الزراعية في جنوب إثيوبيا. تم تطوير أول مجموعة من علامات SSR الجينومية في ENSET. كانت نسبة كبيرة من هذه العلامات متعددة الأشكال وبعضها كان أيضًا قابلاً للنقل إلى الأنواع ذات الصلة من جنس موسى. أظهرت هذه الدراسة فائدة العلامات في تقييم التنوع الجيني والبنية الوراثية في البلازما الجرثومية، وتوفر معلومات مفيدة محتملة لتطوير استراتيجيات الحفظ والتكاثر في البنية الوراثية.Translated Description (French)
Enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman ; Musaceae) est une culture de sécurité alimentaire polyvalente tolérante à la sécheresse avec une forte préoccupation de conservation et d'amélioration en Éthiopie, où elle complète les besoins en calories humaines d'environ 20 millions de personnes. La culture a également un potentiel énorme dans d'autres régions d'Afrique subsaharienne, où elle n'est connue que comme plante sauvage. Malgré son potentiel, les études génétiques et génomiques soutenant les programmes de sélection et les efforts de conservation sont très limitées. Les méthodes moléculaires amélioreraient considérablement les approches conventionnelles actuelles. Nous rapportons ici le développement du premier ensemble de marqueurs SSR de enset, leur transférabilité croisée à Musa spp., et leur application dans les évaluations de la diversité génétique, des relations et de la structure dans le germoplasme enset sauvage et cultivé. Les marqueurs SSR spécifiques de E. ventricosum ont été développés par pyroséquençage d'une bibliothèque génomique enrichie. Les paires d'amorces ont été conçues pour 217 microsatellites avec une taille de répétition > 20 pb à partir de 900 candidats. Les amorces ont été validées en parallèle par des approches PCR in silico et in vitro. Un total de 67 paires d'amorces ont amplifié avec succès des loci spécifiques et 59 ont montré un polymorphisme. Un sous-ensemble de 34 marqueurs SSR polymorphes a été utilisé pour étudier 70 accessions d'ensembles sauvages et cultivés. Un grand nombre d'allèles ont été détectés avec un niveau de diversité génétique modéré à élevé. L'AMOVA a révélé que les variations alléliques intra-population contribuaient davantage à la diversité génétique que les variations interpopulationnelles. L'analyse phylogénétique basée sur l'UPGMA et l'analyse discriminante des composants principaux montrent que l'enset sauvage est clairement séparé de l'enset cultivé et est plus étroitement lié au groupe extérieur Musa spp. Aucun modèle de grappe associé aux régions géographiques, où cette culture est cultivée, n'a été observé pour les races terrestres enset. Nos résultats réaffirment la longue tradition d'échange de graines et de suceurs entre les communautés de culture enset dans le sud de l'Éthiopie. Le premier ensemble de marqueurs SSR génomiques a été développé en enset. Une grande proportion de ces marqueurs étaient polymorphes et certains étaient également transférables à des espèces apparentées du genre Musa. Cette étude a démontré l'utilité des marqueurs dans l'évaluation de la diversité et de la structure génétiques dans le germoplasme enset, et fournit des informations potentiellement utiles pour le développement de stratégies de conservation et de sélection dans enset.Translated Description (Spanish)
Enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman; Musaceae) es un cultivo multipropósito de seguridad alimentaria tolerante a la sequía con alta preocupación por conservar y mejorar en Etiopía, donde complementa las necesidades calóricas humanas de alrededor de 20 millones de personas. El cultivo también tiene un enorme potencial en otras regiones del África subsahariana, donde se conoce solo como planta silvestre. A pesar de su potencial, los estudios genéticos y genómicos que apoyan los programas de mejoramiento y los esfuerzos de conservación son muy limitados. Los métodos moleculares mejorarían sustancialmente los enfoques convencionales actuales. Aquí informamos sobre el desarrollo del primer conjunto de marcadores SSR de enset, su transferibilidad cruzada a Musa spp., y su aplicación en las evaluaciones de diversidad genética, relación y estructura en germoplasma enset silvestre y cultivado. Los marcadores SSR específicos de E. ventricosum se desarrollaron mediante pirosecuenciación de una biblioteca genómica enriquecida. Los pares de cebadores se diseñaron para 217 microsatélites con un tamaño de repetición > 20 pb de 900 candidatos. Los cebadores se validaron en paralelo mediante enfoques de PCR in silico e in vitro. Un total de 67 pares de cebadores amplificaron con éxito loci específicos y 59 mostraron polimorfismo. Se utilizó un subconjunto de 34 marcadores SSR polimórficos para estudiar 70 accesiones de ensets tanto silvestres como cultivados. Se detectó un gran número de alelos junto con un nivel moderado a alto de diversidad genética. AMOVA reveló que las variaciones alélicas intrapoblacionales contribuyeron más a la diversidad genética que las variaciones interpoblacionales. El análisis filogenético basado en UPGMA y el análisis discriminante de los componentes principales muestran que el enset silvestre está claramente separado del enset cultivado y está más estrechamente relacionado con el grupo externo Musa spp. No se observó ningún patrón de agrupación asociado con las regiones geográficas, donde se cultiva este cultivo, para las variedades autóctonas enset. Nuestros resultados reafirman la larga tradición de intercambio extenso de chupadores de semillas entre las comunidades cultivadoras de enset en el sur de Etiopía. El primer conjunto de marcadores genómicos de SSR se desarrolló en enset. Una gran proporción de estos marcadores eran polimórficos y algunos también eran transferibles a especies relacionadas del género Musa. Este estudio demostró la utilidad de los marcadores para evaluar la diversidad genética y la estructura en el germoplasma de enset, y proporciona información potencialmente útil para desarrollar estrategias de conservación y reproducción en enset.Files
s12863-015-0250-8.pdf
Files
(2.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:92e89541651d73521d879233819ab82b
|
2.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تطوير علامات SSR وتحليل التنوع الجيني في ENSET (Ensete ventricosum (Welw.) تشيزمان)، محصول الأمن الغذائي اليتيم من جنوب إثيوبيا
- Translated title (French)
- Développement de marqueurs SSR et analyse de la diversité génétique chez l'enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman), une culture orpheline de sécurité alimentaire du sud de l'Éthiopie
- Translated title (Spanish)
- Desarrollo de marcadores SSR y análisis de diversidad genética en enset (Ensete ventricosum (Welw.) Cheesman), un cultivo huérfano de seguridad alimentaria del sur de Etiopía
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1845264847
- DOI
- 10.1186/s12863-015-0250-8
References
- https://openalex.org/W119059691
- https://openalex.org/W1499500424
- https://openalex.org/W1549045830
- https://openalex.org/W1563439200
- https://openalex.org/W1583136020
- https://openalex.org/W1597721423
- https://openalex.org/W1931372886
- https://openalex.org/W1965536412
- https://openalex.org/W1976434737
- https://openalex.org/W1977601452
- https://openalex.org/W1983055623
- https://openalex.org/W1992384677
- https://openalex.org/W1994323959
- https://openalex.org/W1996545414
- https://openalex.org/W1999043321
- https://openalex.org/W2002606445
- https://openalex.org/W2009633089
- https://openalex.org/W2010414718
- https://openalex.org/W2026341497
- https://openalex.org/W2037210253
- https://openalex.org/W2059392276
- https://openalex.org/W2061918046
- https://openalex.org/W2071763265
- https://openalex.org/W2084428217
- https://openalex.org/W2089034121
- https://openalex.org/W2119015121
- https://openalex.org/W2124131884
- https://openalex.org/W2127396309
- https://openalex.org/W2132632499
- https://openalex.org/W2138267050
- https://openalex.org/W2141616651
- https://openalex.org/W2144740203
- https://openalex.org/W2146069050
- https://openalex.org/W2146290595
- https://openalex.org/W2149709029
- https://openalex.org/W2150884512
- https://openalex.org/W2151391894
- https://openalex.org/W2154635752
- https://openalex.org/W2158148243
- https://openalex.org/W2163579095
- https://openalex.org/W2170906656
- https://openalex.org/W2243973145
- https://openalex.org/W2317030155
- https://openalex.org/W2322076772
- https://openalex.org/W342980685
- https://openalex.org/W4242641176
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W591540770