Published August 15, 2023 | Version v1
Publication Open

Genetic diversity and population structure of Saccharum hybrids

Creators

  • 1. Instituto de Química del Noroeste Argentino
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. Universidade Federal de São Carlos

Description

Sugarcane breeding programs incorporate foreign material to broaden the genetic base, expanding the gene pool. In South America, the Inter-university Network for the Development of the Sugarcane Industry (RIDESA) and Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) sugarcane breeding programs from Brazil and Argentina, respectively, have never exchanged materials. In that sense, the knowledge of the genetic diversity and population structure among sugarcane genotypes of both germplasm banks, determined in a reliable way through their molecular profiles, will provide valuable information to select the best parental accessions for crossing aimed at the efficient introgression of desirable alleles. For that, the aim was to determine the genetic diversity and population structure of 96 Saccharum commercial hybrids from RIDESA and EEAOC sugarcane breeding programs by using TRAP, SSR and markers related to disease resistance (e.g. Bru1 and G1). Genetic structure was determined through genetic similarity analysis, analysis of molecular variance (AMOVA), Multidimensional scaling (MDS), and a Bayesian method. Average PIC values were 0.25 and 0.26, Ho values were 0.24 and 0.28, and He values were 0.25 and 0.28, for TRAP and SSR primers, respectively. Genetic similarity, MDS, and analysis of structure revealed that Brazilian and Argentinean genotypes clustered in two groups clearly differentiated, whereas AMOVA suggested that there is more variability within programs than between them. Regarding Bru1 markers, Brazilian genotypes showed high frequency of haplotype 1 (71.4%) whereas Argentinean genotypes showed high frequency of haplotype 4 (80.8%); haplotypes 1 and 4 are indicated for the presence and absence of the brown rust resistance gene (Bru1), respectively. Respecting the G1 marker, most of the evaluated genotypes (60.4%) showed the presence of the fragment, in a similar proportion for genotypes of both programs. In conclusion, the exchange of materials, at least the most diverse genotypes, between RIDESA and EEAOC breeding programs will allow extending the genetic base of their germplasm banks, and the knowledge of genetic diversity will help breeders to better manage crosses, increasing the probability of obtaining more productive varieties.

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

Translated Description (Arabic)

تتضمن برامج تربية قصب السكر مواد غريبة لتوسيع القاعدة الوراثية، وتوسيع مجموعة الجينات. في أمريكا الجنوبية، لم تتبادل الشبكة المشتركة بين الجامعات لتطوير صناعة قصب السكر (RIDESA) و Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) برامج تربية قصب السكر من البرازيل والأرجنتين، على التوالي، المواد أبدًا. وبهذا المعنى، فإن معرفة التنوع الوراثي والبنية السكانية بين الأنماط الوراثية لقصب السكر لكلا بنكي الجبلة الجرثومية، والتي تم تحديدها بطريقة موثوقة من خلال ملفاتها الجزيئية، ستوفر معلومات قيمة لاختيار أفضل انضمام الوالدين للعبور بهدف الدخول الفعال للأليلات المرغوبة. لذلك، كان الهدف هو تحديد التنوع الجيني والهيكل السكاني لـ 96 هجينًا تجاريًا من السكاروم من برامج RIDESA و EEAOC لتربية قصب السكر باستخدام TRAP و SSR والعلامات المتعلقة بمقاومة الأمراض (على سبيل المثال Bru1 و G1). تم تحديد البنية الجينية من خلال تحليل التشابه الجيني، وتحليل التباين الجزيئي (AMOVA)، والقياس متعدد الأبعاد (MDS)، وطريقة بايز. كان متوسط قيم الموافقة المسبقة عن علم 0.25 و 0.26، وكانت قيم هو 0.24 و 0.28، وكانت قيم هي 0.25 و 0.28، لمواد التمهيد TRAP و SSR، على التوالي. كشف التشابه الجيني، و MDS، وتحليل البنية أن الأنماط الجينية البرازيلية والأرجنتينية المتجمعة في مجموعتين متباينة بوضوح، في حين اقترح AMOVA أن هناك تباينًا داخل البرامج أكثر من التباين بينها. فيما يتعلق بعلامات Bru1، أظهرت الأنماط الجينية البرازيلية تواترًا عاليًا للنمط الفرداني 1 (71.4 ٪) في حين أظهرت الأنماط الجينية الأرجنتينية تواترًا عاليًا للنمط الفرداني 4 (80.8 ٪) ؛ يشار إلى الأنماط الفردانية 1 و 4 لوجود وغياب جين مقاومة الصدأ البني (Bru1)، على التوالي. فيما يتعلق بعلامة G1، أظهرت معظم الأنماط الجينية التي تم تقييمها (60.4 ٪) وجود الشظية، بنسبة مماثلة للأنماط الجينية لكلا البرنامجين. في الختام، فإن تبادل المواد، على الأقل الأنماط الجينية الأكثر تنوعًا، بين برامج تربية RIDESA و EEAOC سيسمح بتوسيع القاعدة الجينية لبنوك الجبلة الوراثية الخاصة بهم، وستساعد معرفة التنوع الجيني المربين على إدارة الصلبان بشكل أفضل، مما يزيد من احتمال الحصول على أصناف أكثر إنتاجية.

Translated Description (French)

Les programmes de sélection de la canne à sucre intègrent des matières étrangères pour élargir la base génétique, élargissant ainsi le pool génétique. En Amérique du Sud, les programmes de sélection de canne à sucre du Réseau interuniversitaire pour le développement de l'industrie de la canne à sucre (RIDESA) et de l'Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) du Brésil et de l'Argentine, respectivement, n'ont jamais échangé de matériel. En ce sens, la connaissance de la diversité génétique et de la structure de la population parmi les génotypes de canne à sucre des deux banques de germoplasme, déterminée de manière fiable à travers leurs profils moléculaires, fournira des informations précieuses pour sélectionner les meilleures accessions parentales pour le croisement visant à l'introgression efficace des allèles souhaitables. Pour cela, l'objectif était de déterminer la diversité génétique et la structure de la population de 96 hybrides commerciaux de Saccharum issus des programmes d'élevage de canne à sucre RIDESA et EEAOC en utilisant TRAP, SSR et des marqueurs liés à la résistance aux maladies (par exemple Bru1 et G1). La structure génétique a été déterminée par l'analyse de la similarité génétique, l'analyse de la variance moléculaire (AMOVA), la mise à l'échelle multidimensionnelle (Mds) et une méthode bayésienne. Les valeurs pic moyennes étaient de 0,25 et 0,26, les valeurs Ho étaient de 0,24 et 0,28, et les valeurs He étaient de 0,25 et 0,28, pour les amorces TRAP et SSR, respectivement. La similarité génétique, les SMD et l'analyse de la structure ont révélé que les génotypes brésiliens et argentins se regroupaient en deux groupes clairement différenciés, tandis que l'AMOVA suggérait qu'il y avait plus de variabilité au sein des programmes qu'entre eux. En ce qui concerne les marqueurs Bru1, les génotypes brésiliens ont montré une fréquence élevée d'haplotype 1 (71,4 %) tandis que les génotypes argentins ont montré une fréquence élevée d'haplotype 4 (80,8 %) ; les haplotypes 1 et 4 sont indiqués pour la présence et l'absence du gène de résistance à la rouille brune (Bru1), respectivement. En ce qui concerne le marqueur G1, la plupart des génotypes évalués (60,4%) ont montré la présence du fragment, dans une proportion similaire pour les génotypes des deux programmes. En conclusion, l'échange de matériels, au moins les génotypes les plus divers, entre les programmes de sélection du RIDESA et de l'EEAOC permettra d'étendre la base génétique de leurs banques de germoplasme, et la connaissance de la diversité génétique aidera les sélectionneurs à mieux gérer les croisements, augmentant la probabilité d'obtenir des variétés plus productives.

Translated Description (Spanish)

Los programas de mejoramiento de caña de azúcar incorporan material extraño para ampliar la base genética, ampliando el acervo genético. En América del Sur, los programas de mejoramiento de caña de azúcar de la Red Interuniversitaria para el Desarrollo de la Industria de la Caña de Azúcar (RIDESA) y la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) de Brasil y Argentina, respectivamente, nunca han intercambiado materiales. En ese sentido, el conocimiento de la diversidad genética y la estructura poblacional entre los genotipos de caña de azúcar de ambos bancos de germoplasma, determinado de manera confiable a través de sus perfiles moleculares, proporcionará información valiosa para seleccionar las mejores accesiones parentales para el cruce dirigido a la introgresión eficiente de alelos deseables. Para ello, el objetivo fue determinar la diversidad genética y la estructura de la población de 96 híbridos comerciales de Saccharum de los programas de mejoramiento de caña de azúcar RIDESA y EEAOC mediante el uso de TRAP, SSR y marcadores relacionados con la resistencia a enfermedades (por ejemplo, Bru1 y G1). La estructura genética se determinó mediante análisis de similitud genética, análisis de varianza molecular (AMOVA), escalamiento multidimensional (MDS) y un método bayesiano. Los valores promedio de PIC fueron 0.25 y 0.26, los valores de Ho fueron 0.24 y 0.28, y los valores de He fueron 0.25 y 0.28, para TRAP y cebadores SSR, respectivamente. La similitud genética, el MDS y el análisis de la estructura revelaron que los genotipos brasileño y argentino se agruparon en dos grupos claramente diferenciados, mientras que AMOVA sugirió que hay más variabilidad dentro de los programas que entre ellos. En cuanto a los marcadores Bru1, los genotipos brasileños mostraron alta frecuencia de haplotipo 1 (71,4%) mientras que los genotipos argentinos mostraron alta frecuencia de haplotipo 4 (80,8%); los haplotipos 1 y 4 están indicados para la presencia y ausencia del gen de resistencia a la roya parda (Bru1), respectivamente. Respecto al marcador G1, la mayoría de los genotipos evaluados (60,4%) mostraron la presencia del fragmento, en una proporción similar para los genotipos de ambos programas. En conclusión, el intercambio de materiales, al menos los genotipos más diversos, entre los programas de fitomejoramiento de RIDESA y EEAOC permitirá ampliar la base genética de sus bancos de germoplasma, y el conocimiento de la diversidad genética ayudará a los fitomejoradores a gestionar mejor los cruces, aumentando la probabilidad de obtener variedades más productivas.

Files

journal.pone.0289504&type=printable.pdf

Files (1.4 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
md5:956252c7473bd1017c65dae1b7b5aff7
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التنوع الوراثي والهيكل السكاني لهجائن السكاروم
Translated title (French)
Diversité génétique et structure de la population des hybrides de Saccharum
Translated title (Spanish)
Diversidad genética y estructura poblacional de los híbridos de Saccharum

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385834015
DOI
10.1371/journal.pone.0289504

Is supplement to
https://openalex.org/W4385486050 (Other)
https://openalex.org/W4310778431 (Other)
https://openalex.org/W4210781821 (Other)
https://openalex.org/W4210744502 (Other)
https://openalex.org/W3155297909 (Other)
https://openalex.org/W2784408310 (Other)
https://openalex.org/W2370691381 (Other)
https://openalex.org/W2351833475 (Other)
https://openalex.org/W2134665730 (Other)
https://openalex.org/W2096988842 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1803375514
  • https://openalex.org/W1977546769
  • https://openalex.org/W1985078089
  • https://openalex.org/W1995965784
  • https://openalex.org/W2014845045
  • https://openalex.org/W2020242522
  • https://openalex.org/W2025912520
  • https://openalex.org/W2025930830
  • https://openalex.org/W2038060063
  • https://openalex.org/W2050271810
  • https://openalex.org/W2058026033
  • https://openalex.org/W2072955548
  • https://openalex.org/W2093223140
  • https://openalex.org/W2098126593
  • https://openalex.org/W2110746260
  • https://openalex.org/W2127396309
  • https://openalex.org/W2138941031
  • https://openalex.org/W2168300053
  • https://openalex.org/W2178986418
  • https://openalex.org/W2248838932
  • https://openalex.org/W2592426002
  • https://openalex.org/W2606381866
  • https://openalex.org/W2790700126
  • https://openalex.org/W2800885510
  • https://openalex.org/W2902454527
  • https://openalex.org/W2938591191
  • https://openalex.org/W2962981520
  • https://openalex.org/W3026263311
  • https://openalex.org/W3035194404
  • https://openalex.org/W3131586560
  • https://openalex.org/W3170777172
  • https://openalex.org/W4283524973
  • https://openalex.org/W4296903950
  • https://openalex.org/W4308785239
  • https://openalex.org/W83948020