Variability and molecular genetic structure in Passiflora edulis Sims. accessions based on markers analogous to resistance genes

Authors

  • Lucas Amorim Universidade Estadual do Sudeste da Bahia, Programa de Pós Graduação em Bioquímica e Biologia Molecular
  • Thalana Souza Santos Universidade Estadual do Sudeste da Bahia
  • Messulan Rodrigues Universidade Estadual do Sudeste da Bahia
  • Onildo Nunes de EMBRAPA Mandioca e Fruticultura
  • Fábio Gelape Embrapa Cerrados
  • Carlos Bernard Moreno Cerqueira-Silva Grupo de Pesquisa 'BioGen' UESB/CNPQUniversidade Estadual do Sudoeste da Bahia https://orcid.org/0000-0002-1883-4543
  • Elisa Susilene Lisboa dos Universidade Estadual do Sudeste da Bahia, Departamento de Ciências Exatas e Naturais

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7925.2023.e91095

Keywords:

Diversity, Genetic resources, Germplasm, Molecular marker, Passion fruit vine

Abstract

Brazil is a center of diversity of passion fruit vine species, with Passiflora edulis Sims. being the most cultivated one. Due to their commercial importance and susceptibility to diseases, the objective of this study was to evaluate the genetic diversity and structuring of Passiflora edulis Sims. accessions from the Cerrados and Mandioca & Fruticultura active germplasm banks of Embrapa using Resistance Gene Analog (RGA) molecular markers. The genetic diversity of 163 plants, totaling 71 unimproved varieties and five cultivars, was evaluated. Nine combinations of primers were used, totaling 157 markers, with an average of 17.4 markers/combination. The mean expected heterozygosity was 0.18. The polymorphic information content was 0.15. The molecular variance showed 82% diversity existing within the Active Germplasm Banks (AGBs). The genotypes were structured in three gene pools, with a heterogeneous subgroup containing accessions from both banks, a homogeneous one with accessions from he Cerrados ABG and the last one containing mainly cultivars from the same. Principal Coordinate Analysis (PCoA) demonstrated the banks have similar genotypes. The results obtained emphasized the existence of passive genomic material for the development of new cultivars. The markers certify that these collections can contribute to breeding programs. There are shared alleles between unimproved varieties of the two ABGs; however, these varieties are not related to the cultivars.

Author Biographies

Lucas Amorim , Universidade Estadual do Sudeste da Bahia, Programa de Pós Graduação em Bioquímica e Biologia Molecular

Doutorando em Bioquimica e Biologia Molecular (PMBQBM) pela Universiadde Esatdual do Sudoeste da Bahia.

Thalana Souza Santos, Universidade Estadual do Sudeste da Bahia

Biologa, Mestre em Ciências Ambientais (PPGCA) e Doutora em Bioquimica e Biologia Molecular, ambos pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia.

Messulan Rodrigues , Universidade Estadual do Sudeste da Bahia

Pós-Doc (PNPD) do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais da UESB.

Onildo Nunes de , EMBRAPA Mandioca e Fruticultura

Possui Graduação em Eng. Agronômica pela Universidade Federal da Bahia (UFBA) - Escola de Agronomia. Mestrado em Agronomia (Melhoramento Genético de Plantas) pela Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE) e doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas pela Universidade de São Paulo (Esalq/USP). Atualmente é Pesquisador A da Embrapa Mandioca e Fruticultura e responsável pelo programa de melhoramento genético do maracujazeiro (Passiflora spp.) com foco desenvolvimento de novos híbridos com foco em atributos agronômicos desejáveis. Atua principalmente nos seguintes temas: pré-melhoramento com foco em seleção de genótipos para tolerância ou resistência a estresse biótico e abiótico, melhoramento genético clássico, marcadores moleculares, conservação e diversidade genética de recursos genéticos e uso de seleção assistida.

Fábio Gelape , Embrapa Cerrados

Técnico em Agropecuária (1990) pela Central de Ensino e Desenvolvimento Agrário de Florestal, Engenheiro Agrônomo (1995) pela Universidade Federal de Viçosa, Mestre em Genética e Melhoramento (1997) e Doutor em Genética e Melhoramento (2000) pela Universidade Federal de Viçosa e Pós-Doutor em Genética e Biotecnologia (2011) pela University of Florida. Trabalhou no Centro de Pesquisas do Cacau (CEPLAC-CEPEC) de 2000 a 2002 como coordenador do Laboratório de Biotecnologia. Atualmente é Chefe Adjunto de Transferência de Tecnologia e Pesquisador da Embrapa Cerrados e atua como professor credenciado no curso de pós-graduação em agronomia da Universidade de Brasília e colaborador em outras universidades. Atua nas áreas de biotecnologia, genética e melhoramento com ênfase em ferramentas da genética molecular e quantitativa para auxiliar programas de melhoramento e programas de caracterização e uso de recursos genéticos principalmente de maracujá, pitaya, manga, mandioca, seringueira, forrageiras e espécies frutíferas nativas do Cerrado.

Carlos Bernard Moreno Cerqueira-Silva, Grupo de Pesquisa 'BioGen' UESB/CNPQUniversidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Biólogo pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - UESB, especialista (Latu-sensu) em Genética, pela Faculdade Católica de Ciências Econômicas da Bahia - FACCEBA, Mestre e Doutor em Genética e Biologia Molecular pela Universidade Estadual de Santa Cruz - UESC e Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP, respectivamente. Atualmente é Professor Titular (com D.E.) da UESB, atuando como Diretor do Departamento de Ciências Exatas e Naturais (DCEN/UESB). Professor Permanente dos Programas de Pós-Graduação em Ciências Ambientais (PPGCA/ UESB, Mestrado), Zootecnia (PPZ/ UESB, Mestrado/Doutorado) e Bioquímica e Biologia Molecular (PMBqBM/ UESB, Mestrado/Doutorado). Na graduação é responsável pelas disciplinas de Biologia Molecular e Biologia Evolutiva para o curso de Ciências Biológicas. Na Pós-Graduação é responsável pelas disciplinas de "Genética Molecular Aplicada à Conservação e Melhoramento" e "Fundamentos de Biologia Molecular". Desenvolve suas atividades de pesquisa nos laboratórios de Genética Molecular Aplicada (LGMA/UESB), Centro de Biotecnologia e Genética (CBG/UESC) e Centro de Biologia Molecular e Engenharia Genética (CBMEG/UNICAMP). Participou de 62 eventos científicos, tendo recebido 16 prêmios e/ou homenagens. É supervisor de Pós-Doutorado (PNPD/CAPES) e possui 60 Artigos, cinco Capitulo de livro e 144 resumos (publicados ou aceito para publicação) e 25 Artigos de divulgação científica. Atua na área de Genética vegetal e Biologia Molecular, com ênfase em Diversidade Genética, Genética de Populações e Pré-Melhoramento de plantas, sendo revisor de 8 periódicos nacionais e internacionais. Participa atualmente de 6 projetos de pesquisa (já tendo colaborado em outros 17 projetos).

Elisa Susilene Lisboa dos , Universidade Estadual do Sudeste da Bahia, Departamento de Ciências Exatas e Naturais

Bióloga com formação Strictu Sensu (mestrado e doutorado) em Genética e Biologia Molecular. Professora Titular da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, campus de Itapetinga desde 2010. Ministra palestras e minicursos (Nivel Superior). É líder do grupo de pesquisa BioGen desenvolvendo atividades na área de Genética Vegetal e Ensino de Genética e Biodiversidade, com ênfase em diversidade genética e pré-melhoramento genético, orientando alunos de graduação e pós-graduação. Atualmente é membro do núcleo permanente do Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais.

References

BERNACCI, L. C.; CERVI, A. C.; MILWARD-DE-AZEVEDO, M. A.; NUNES, T. S.; IMIG, D. C.; & MEZZONATO, A. C. Lista de espécies da flora do Brasil: Passifloraceae. Rio de Janeiro: Jardim Botânico, 2014.

BOTSTEIN, D.; WHITE, R. L.; SKOLNICK, M.; & DAVIS, R. W. Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. American Journal of Human Genetics, v. 32, p. 314-331, 1980.

CERQUEIRA-SILVA, C. B. M.; FALEIRO, F. G.; JESUS, O. N.; SANTOS, E. S. L.; & SOUZA, A. P. Passion Fruit (Passiflora spp.) breeding. In: AL-KHAYRI, J.; JAIN, S.; JOHNSON, D. (Eds.), Advances in Plant Breeding Strategies: Fruits. Springer, Cham, 2018. p. 929-951.

CERQUEIRA-SILVA, C. B. M.; SANTOS, E. S.; CONCEIÇÃO, L. D.; CARDOSO-SILVA, C. B.; PEREIRA, A. S.; OLIVEIRA, A. C.; & CORRÊA, R. X. Genetic variation in a wild population of the “sleep” passion fruit (Passiflora setacea) based on molecular markers. Genetics and molecular research, v. 11, n. 1, p. 731-738, 2012.

CERQUEIRA-SILVA, C. B. M.; JESUS, O. N.; OLIVEIRA, E. J.; SANTOS, E. S. L.; & SOUZA, A. P. Characterization and selection of passion fruit (yellow and purple) accessions based on molecular markers and disease reactions for use in breeding programs. Euphytica, v. 202, n. 3, p. 345-359, 2015.

CERQUEIRA-SILVA, C. B. M.; JESUS, O. N.; SANTOS, E. S. L.; CORRÊA, R. X.; & SOUZA, A. P. Genetic breeding and diversity of the genus Passiflora: Progress and perspectives in molecular and genetic studies. International Journal of Molecular Sciences, v. 15, n. 8, p. 14122-14152, 2014.

COLLINS, N.; PARK, R.; SPIELMEYER, W.; ELLIS, J.; & PRYOR, A. J. Resistance gene analogs in barley and their relationship to rust resistance genes. Genome, v. 44, n. 3, p. 375-381, 2001.

CRUZ, C. D. GENES - Software para análise de dados em estatística experimental e em genética quantitativa. Acta Scientiarum. Agronomy, v. 35, n. 3, p. 271-276, 2013.

REIS, R. V.; OLIVEIRA, E. J.; VIANA, A. P.; PEREIRA, T. N. S.; PEREIRA, M. G.; & SILVA, M. G. M. Diversidade genética em seleção recorrente de maracujazeiro-amarelo detectada por marcadores microssatélites. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 46, p. 51-57, 2011.

DOYLE, J. J. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus, v. 12, p. 13-15, 1990.

EARL, D. A.; & VONHOLDT, B. M. STRUCTURE HARVESTER: A website and program for visualizing STRUCTURE output and implementing the Evanno method. Conservation genetics resources, v. 4, n. 2, p. 359-361, 2012.

EVANNO, G.; REGNAUT, S.; & GOUDET, J. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: A simulation study. Molecular ecology, v. 14, n. 8, p. 2611-2620, 2005.

FALEIRO, F. G.; & JUNQUEIRA, N. T. V. Maracujá: o produtor pergunta, a Embrapa responde. Embrapa Cerrados: Livro técnico CPAC (INFOTECA-E), Coleção 500 perguntas, 500 respostas. 1ª edição – Brasília, DF : Embrapa, 2016. 341 p.

FALEIRO, F. G.; JUNQUEIRA, N. T. V.; BRAGA, M. F, & PEIXOTO, J. R. Germoplasma e melhoramento genético do maracujazeiro – desafios da pesquisa. In: FALEIRO, F. G.; JUNQUEIRA, N. T. V.; BRAGA, M. F. (Eds.) Maracujá: Germoplasma e Melhoramento Genético. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2005. p. 187-209.

FERREIRA, F. (2005). Recursos genéticos de Passiflora. In: FALEIRO, F. G.; JUNQUEIRA, N. T. V.; BRAGA, M. F. (Eds.) Maracujá: Germoplasma e Melhoramento Genético. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2005. p. 41-50.

IBGE. (2020). Produção agropecuária municipal - PAM. Produção de maracujá. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Disponível em https://www.ibge.gov.br/explica/producao-agropecuaria/maracuja/br. Acesso em: 14 fevereiro 2022.

MELETTI, L. M. M. Avanços na Cultura do Maracujá no Brasil. Revista Brasileira de Fruticultura, v. 33, p. 83-91, 2011.

NEI, M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the national academy of sciences, v. 70, n. 12, p. 3321-3323, 1973.

OLIVEIRA, E. J.; PÁDUA, J. G.; ZUCCHI, M. I.; CAMARGO, L. E. A.; FUNGARO, M. H. P.; & VIEIRA, M. L. C. Development and characterization of microsatellite markers from the yellow passion fruit (Passiflora edulis f. flavicarpa). Molecular Ecology Notes, v. 5, n. 2, p. 331-333, 2005.

PAULA, M. DA S.; FONSECA, M. E. DE N.; BOITEUX, L. S.; & PEIXOTO, J. R. Genetic characterization of Passiflora species by analog markers of resistance genes. Revista Brasileira de Fruticultura, v. 32, p. 222-229, 2010.

PEAKALL, R.; & SMOUSE, P. E. GenALEx 6.5: Genetic analysis in Excel. Population genetic software for teaching and research-an update. Bioinformatics, v. 28, n. 19, p. 2537–2539, 2012.

PEREIRA, D. A.; CORRÊA, R. X.; & OLIVEIRA, A. C. Molecular genetic diversity and differentiation of populations of ‘somnus’ passion fruit trees (Passiflora setacea DC): Implications for conservation and pre-breeding. Biochemical systematics and ecology, v. 59, p. 12-21, 2015.

PEREIRA, G. S.; NUNES, E. S.; LAPERUTA, L. D. C.; BRAGA, M. F.; PENHA, H. A.; DINIZ, A. L.; MUNHOZ, C. F.; GAZAFFI, R.; GARCIA, A. A. F.; & VIEIRA, M. L. C. Molecular polymorphism and linkage analysis in sweet passion fruit, an outcrossing species. Annals of applied biology, v. 162, n. 3, p. 347-361, 2013.

PRITCHARD, J. K.; STEPHENS, M.; & DONNELLY, P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, v. 155, n. 2, p. 945-959, 2000.

SELVARAJ, C. I.; BABU, S.; SANKAR, P. D.; NAGARAJAN, P.; & SABESAN, M. Genome scanning for identification of resistance gene analogs (RGAs) in a highly durable blast resistance rice (Oryza sativa L.) cultivar, moroberekan. African Journal of Biotechnology, v. 10, n. 34, p. 6418-6433, 2011.

SOUSA, A. G. R.; SOUZA, M. M.; MELO, C. A. F.; & SODRÉ, G. A. ISSR markers in wild species of Passiflora L. (Passifloraceae) as a tool for taxon selection in ornamental breeding. Genetics and Molecular Research, v. 14, n. 4, p. 18534-18545, 2015.

SOUZA, L. N. B.; DIAS, N. D. S. C.; SANTANA, V. O.; SILVEIRA, L. A.; MEIRA, M. R.; SANTOS, E. S. L.; FALEIRO, F. G.; & CERQUEIRA-SILVA, C. B. M. Amplification test and selection of markers analogue to resistance genes in species and commercial varieties of Passiflora spp. Multi-Science Journal, v. 3, n. 1, p. 65-71, 2020.

ZANELLA, C. M.; TURCHETTO, C.; PALMA-SILVA, C.; & SPERB-LUDWIG, F. Microssatélites: Metodologias de identificação e análise. In: TURCHETTO-ZOLET, A. C.; TURCHETTO, C.; ZANELLA, C. M.; & PASSAIA, G. (Eds.). Marcadores Moleculares na Era Genômica: Metodologias e Aplicações. Ribeirão Preto, SP: Sociedade Brasileira de Genética, 2017. p. 94-117

WETZEL, M. M. V. S.; GIMENES, M. A.; PÁDUA, J. G.; JOSÉ, S. C. B. R.; & NETO, L. G. P. (2011). Conservação de espécies silvestres com potencial de utilização em programas de pré-melhoramento na coleção base da Embrapa. In: LOPES, M. A.; FÁVERO, A. P.; FERREIRA, M. A. J. F.; FALEIRO, F. G.; FOLLE, S. M.; GUIMARÃES, E. P. (Eds.). Pré-melhoramento de Plantas - Estado da Arte e Experiências de Sucesso. Embrapa Informações Tecnológicas: Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia. Brasília, Brasil, 2011. p. 99-122.

Downloads

Published

2023-02-22

Issue

Vol. 36 No. 1 (2023): Revista Biotemas

Section

Artigos

License

Copyright (c) 2023 Lucas Amorim Silveira, Dra. Thalana, Dra. Messulan, Dr. Onildo, Dr. Fabio, Carlos Bernard Moreno Cerqueira-Silva, Profa. Dra. Elisa

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

After the electronic publication of the manuscript, the authors are entitled, without any restriction, on its contents.

License Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional - CC BY

 Licença Creative Commons

Authors are able to take on additional contracts separately, non-exclusive distribution of the version of the paper published in this journal (ex.: publish in institutional repository or as a book), with an acknowledgment of its initial publication in this journal.