Published March 12, 2019 | Version v1
Publication Open

Phenotypic and genetic characterisation revealed the existence of several biotypes within the Neorautanenia brachypus (Harms) C.A. wild accessions in South East Lowveld, Zimbabwe

Creators

  • 1. Chinhoyi University of Technology

Description

Local communities in the South Eastern Lowveld of Zimbabwe have adopted the feeding of livestock with Neorautanenia brachypus (Harms) C.A. tuber to mitigate against climate change. Differences within Neorautanenia brachypus (Harms) tuber flesh colour and preferences by cattle have been observed, suggesting possible diversity within the N. brachypus plant community. This study aimed at distinguishing the N. brachypus wild plant species through phenotypic and genetic characterization using morphological descriptors and random amplified polymorphic (RAPD) markers respectively. Leaf samples were selected using judgmental sampling techniques from wards 11-15 in Sengwe (Chiredzi district) for leaf morphology and molecular characterization. RAPD-PCR analysis was done using 18-screened random decamer primers to confirm the diversity in the plant population. The similarity of the biotypes was evaluated using binary coding on the basis of the presence or absence of a morphological indicator as well as distinct DNA amplicon fragments. Primer 7.0.13 was used to estimate morphological and genetic similarities using the unweighted pair group method with arithmetic average (UPGMA). The cluster number was estimated using the Elbow method part of the R package.Initially, 14 biotype groups were identified from 96 accessions visually characterized basing of leaf characteristics. All the leaf biotypes displayed arcuate venation with differences observed for leaf shape, tip shape and leaf margins. The 14 biotypes clustered into six groups based on the binary data of the morphological characteristics. RAPD primers generated three hundred and sixty eight distinct amplicons with 77.5% being polymorphic from the 14 biotypes. The number of bands produced per primer ranged from four (OPF-02) to 44 (UBC-746). The PIC value ranged from 0.1327 to 0.1873 for the RAPD primers. Use of molecular markers collapsed the biotypes into five clusters. Both the leaf descriptors and RAPD markers showed the existence of genetic diversity within the wild accessions of N. brachypus.A combination of morphological and RAPD markers effectively refined the resolution of the genetic diversity within the N. brachypus wild accessions to nine biotypes. These findings have indicated to the existence of more than one biotype of N. brachypus with potentially different properties. The favorable biotypes can further be promoted through incorporation in pastures as alternative feed or complementary feed to livestock. As such the output of this study will serve as a guide for N. brachypus germplasm management and improvement.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تبنت المجتمعات المحلية في جنوب شرق لوفيلد في زيمبابوي تغذية الماشية بدرنات نيوروتانينيا العضدية (هارمز) للتخفيف من تغير المناخ. لوحظت اختلافات في لون وتفضيلات الماشية داخل درنة نيوأوتانينيا (هارمز)، مما يشير إلى التنوع المحتمل داخل مجتمع نبات N. Brachypus. هدفت هذه الدراسة إلى التمييز بين أنواع النباتات البرية N. brachypus من خلال التوصيف الظاهري والوراثي باستخدام واصفات مورفولوجية وعلامات متعددة الأشكال مضخمة عشوائية (RAPD) على التوالي. تم اختيار عينات الأوراق باستخدام تقنيات أخذ العينات الحكمية من الأجنحة 11-15 في سينغوي (منطقة شيريدزي) لتشكيل الأوراق والتوصيف الجزيئي. تم إجراء تحليل RAPD - PCR باستخدام برايمر ديكامر عشوائي تم فحصه 18 مرة لتأكيد التنوع في مجموعة النباتات. تم تقييم تشابه الأنماط الحيوية باستخدام الترميز الثنائي على أساس وجود أو عدم وجود مؤشر مورفولوجي بالإضافة إلى شظايا أمبليكون الحمض النووي المتميزة. تم استخدام الدليل التمهيدي 7.0.13 لتقدير أوجه التشابه المورفولوجية والجينية باستخدام طريقة المجموعة الثنائية غير المرجحة مع المتوسط الحسابي (UPGMA). تم تقدير رقم المجموعة باستخدام جزء طريقة الكوع من حزمة R. في البداية، تم تحديد 14 مجموعة من النمط الحيوي من 96 ملحقًا تتميز بصريًا بخصائص الورقة. جميع الأنماط الحيوية للأوراق المعروضة تقوس الوريد مع وجود اختلافات ملحوظة لشكل الورقة وشكل الطرف وحواف الورقة. تم تجميع الأنماط الحيوية الأربعة عشر في ست مجموعات بناءً على البيانات الثنائية للخصائص المورفولوجية. أنتجت برايمر RAPD ثلاثمائة وثمانية وستين أمبليكونًا متميزًا مع 77.5 ٪ كونها متعددة الأشكال من 14 نمطًا حيويًا. تراوح عدد النطاقات المنتجة لكل شريط تمهيدي من أربعة (OPF -02) إلى 44 (UBC -746). تراوحت قيمة الموافقة المسبقة عن علم من 0.1327 إلى 0.1873 لدعائم RAPD. أدى استخدام العلامات الجزيئية إلى انهيار الأنماط الحيوية إلى خمس مجموعات. أظهرت كل من واصفات الأوراق وعلامات RAPD وجود تنوع وراثي داخل المدخلات البرية لـ N. brachypus. أدى مزيج من العلامات المورفولوجية وعلامات RAPD إلى تحسين دقة التنوع الوراثي داخل N. brachypus البرية إلى تسعة أنماط حيوية. وقد أشارت هذه النتائج إلى وجود أكثر من نمط حيوي واحد من N. Brachypus مع خصائص مختلفة محتملة. يمكن تعزيز الأنماط الحيوية المواتية من خلال دمجها في المراعي كعلف بديل أو مكمل للماشية. على هذا النحو، ستكون مخرجات هذه الدراسة بمثابة دليل لإدارة وتحسين البلازما الجرثومية N. Brachypus.

Translated Description (French)

Les communautés locales du sud-est de Lowveld au Zimbabwe ont adopté l'alimentation du bétail avec Neorautanenia brachypus (Harms) c.a. tuber pour atténuer le changement climatique. Des différences dans la couleur de la chair du tubercule de Neorautanenia brachypus (Harms) et les préférences des bovins ont été observées, suggérant une diversité possible au sein de la communauté végétale de N. brachypus. Cette étude visait à distinguer les espèces de plantes sauvages de N. brachypus par caractérisation phénotypique et génétique à l'aide de descripteurs morphologiques et de marqueurs polymorphes amplifiés au hasard (RAPD) respectivement. Les échantillons de feuilles ont été sélectionnés à l'aide de techniques d'échantillonnage de jugement dans les quartiers 11 à 15 de Sengwe (district de Chiredzi) pour la morphologie des feuilles et la caractérisation moléculaire. L'analyse RAPD-PCR a été réalisée à l'aide de 18 amorces décamères aléatoires criblées pour confirmer la diversité de la population végétale. La similarité des biotypes a été évaluée en utilisant un codage binaire sur la base de la présence ou de l'absence d'un indicateur morphologique ainsi que de fragments d'amplicon d'ADN distincts. L'amorce 7.0.13 a été utilisée pour estimer les similitudes morphologiques et génétiques en utilisant la méthode du groupe de paires non pondérées avec moyenne arithmétique (UPGMA). Le nombre de grappes a été estimé en utilisant la partie de la méthode Elbow du paquet R. Initialement, 14 groupes de biotypes ont été identifiés à partir de 96 accessions caractérisées visuellement sur la base des caractéristiques des feuilles. Tous les biotypes foliaires présentaient une vénation arquée avec des différences observées pour la forme des feuilles, la forme des pointes et les marges foliaires. Les 14 biotypes se sont regroupés en six groupes sur la base des données binaires des caractéristiques morphologiques. Les amorces RAPD ont généré trois cent soixante-huit amplicons distincts dont 77,5% polymorphes à partir des 14 biotypes. Le nombre de bandes produites par amorce variait de quatre (OPF-02) à 44 (UBC-746). La valeur pic variait de 0,1327 à 0,1873 pour les amorces RAPD. L'utilisation de marqueurs moléculaires a réduit les biotypes en cinq grappes. Les descripteurs foliaires et les marqueurs RAPD ont montré l'existence d'une diversité génétique au sein des accessions sauvages de N. brachypus. Une combinaison de marqueurs morphologiques et RAPD a efficacement affiné la résolution de la diversité génétique au sein des accessions sauvages de N. brachypus à neuf biotypes. Ces résultats ont indiqué l'existence de plus d'un biotype de N. brachypus avec des propriétés potentiellement différentes. Les biotypes favorables peuvent en outre être promus par l'incorporation dans les pâturages en tant qu'aliments alternatifs ou aliments complémentaires pour le bétail. À ce titre, les résultats de cette étude serviront de guide pour la gestion et l'amélioration du germoplasme de N. brachypus.

Translated Description (Spanish)

Las comunidades locales en el sureste de Lowveld de Zimbabwe han adoptado la alimentación del ganado con Neorautanenia brachypus (Harms) C.A. tuber para mitigar el cambio climático. Se han observado diferencias dentro de Neorautanenia brachypus (Harms) en el color de la carne del tubérculo y las preferencias por el ganado, lo que sugiere una posible diversidad dentro de la comunidad de plantas de N. brachypus. Este estudio tuvo como objetivo distinguir las especies de plantas silvestres de N. brachypus a través de la caracterización fenotípica y genética utilizando descriptores morfológicos y marcadores polimórficos amplificados aleatorios (RAPD), respectivamente. Las muestras de hojas se seleccionaron utilizando técnicas de muestreo de juicio de las salas 11-15 en Sengwe (distrito de Chiredzi) para la morfología de las hojas y la caracterización molecular. El análisis de RAPD-PCR se realizó utilizando cebadores de decámeros aleatorios seleccionados en 18 para confirmar la diversidad en la población de plantas. La similitud de los biotipos se evaluó utilizando codificación binaria en función de la presencia o ausencia de un indicador morfológico, así como de distintos fragmentos de amplicón de ADN. Se utilizó el cebador 7.0.13 para estimar las similitudes morfológicas y genéticas utilizando el método de grupos de pares no ponderados con promedio aritmético (UPGMA). El número de grupos se estimó utilizando la parte del método Elbow del paquete R. Inicialmente, se identificaron 14 grupos de biotipos a partir de 96 accesiones caracterizadas visualmente a partir de las características de las hojas. Todos los biotipos de hojas mostraron venación arqueada con diferencias observadas para la forma de la hoja, la forma de la punta y los márgenes de la hoja. Los 14 biotipos se agruparon en seis grupos basados en los datos binarios de las características morfológicas. Los cebadores RAPD generaron trescientos sesenta y ocho amplicones distintos, siendo el 77,5% polimórficos de los 14 biotipos. El número de bandas producidas por cebador varió de cuatro (OPF-02) a 44 (UBC-746). El valor de PIC varió de 0.1327 a 0.1873 para los cebadores RAPD. El uso de marcadores moleculares colapsó los biotipos en cinco grupos. Tanto los descriptores foliares como los marcadores RAPD mostraron la existencia de diversidad genética dentro de las accesiones silvestres de N. brachypus. Una combinación de marcadores morfológicos y RAPD refinó eficazmente la resolución de la diversidad genética dentro de las accesiones silvestres de N. brachypus a nueve biotipos. Estos hallazgos han indicado la existencia de más de un biotipo de N. brachypus con propiedades potencialmente diferentes. Los biotipos favorables se pueden promover aún más mediante la incorporación en pastos como alimento alternativo o alimento complementario para el ganado. Como tal, el resultado de este estudio servirá como guía para el manejo y la mejora del germoplasma de N. brachypus.

Files

s12898-019-0229-9.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:85d7e7f37f76f8763c8f03d9708e4504
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
كشف التوصيف الظاهري والوراثي عن وجود العديد من الأنماط الحيوية داخل عضلات الذباب الصغيرة (هارمز) في جنوب شرق لوفيلد، زيمبابوي
Translated title (French)
La caractérisation phénotypique et génétique a révélé l'existence de plusieurs biotypes dans les accessions sauvages de Neorautanenia brachypus (Harms) c.a. dans le sud-est de Lowveld, au Zimbabwe
Translated title (Spanish)
La caracterización fenotípica y genética reveló la existencia de varios biotipos dentro de las accesiones silvestres de Neorautanenia brachypus (Harms) C.A. en el sudeste de Lowveld, Zimbabwe

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2935890912
DOI
10.1186/s12898-019-0229-9

Is supplement to
https://openalex.org/W2604102495 (Other)
https://openalex.org/W2391603962 (Other)
https://openalex.org/W2371990996 (Other)
https://openalex.org/W2796399980 (Other)
https://openalex.org/W3048382923 (Other)
https://openalex.org/W2380993878 (Other)
https://openalex.org/W2045695254 (Other)
https://openalex.org/W2351242596 (Other)
https://openalex.org/W2358565351 (Other)
https://openalex.org/W1991647074 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Zimbabwe

References

  • https://openalex.org/W1803375514
  • https://openalex.org/W1818973790
  • https://openalex.org/W1936400768
  • https://openalex.org/W1969660305
  • https://openalex.org/W1982484526
  • https://openalex.org/W2008805659
  • https://openalex.org/W2020797466
  • https://openalex.org/W2023032635
  • https://openalex.org/W2023237767
  • https://openalex.org/W2041946678
  • https://openalex.org/W2046621165
  • https://openalex.org/W2115743856
  • https://openalex.org/W2116822204
  • https://openalex.org/W2126357415
  • https://openalex.org/W2136076104
  • https://openalex.org/W2144704825
  • https://openalex.org/W2147639276
  • https://openalex.org/W2415270346
  • https://openalex.org/W2547581475
  • https://openalex.org/W2570060469
  • https://openalex.org/W2582745694
  • https://openalex.org/W2746908215
  • https://openalex.org/W3151043441
  • https://openalex.org/W4299498251