Molecular characterization of Prosopis juliflora SW. DC. through molecular markers and genetic similarity indices

Authors

  • Messulan Rodrigues Meira Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA. Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA.
  • Luiz Henrique Tolentino Santos Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia
  • Quirlian Queite Araújo Anjos Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia
  • Brenda Emilly Ferreira Santos Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA
  • Leonardo de Sousa Guimarães Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA
  • Carlos Bernard Moreno Cerqueira Silva Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA, 45700-000 Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA, 45700-000 Departamento de Ciências Exatas e Naturais Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA

DOI:

https://doi.org/10.5007/2175-7925.2020.e70282

Abstract

Prosopis juliflora (Sx.) DC., commonly known as algarroba, is an adapted tree species in Brazil with animal food value and environmental value in reforestation. However, little is known about its molecular genetic diversity. Therefore, the aim of our study was to use different similarity measures based on the genetic characterization of algarroba obtained through ISSR and RGA markers in naturalized individuals in southwestern Bahia. Young leaves of 36 algarroba individuals were collected in the municipality of Itapetinga, Bahia. DNA was extracted by the 10% SDS protocol and quantified by the absorbance ratio A260/A230 and A260/A280 nm. Ten pairs of RGA and 23 primers of ISSR were used for PCR, and the amplified products were electrophoresed on 2% agarose gels for 2 h. The genotyping results (binary matrix) were used to calculate the Jaccard, Simple Matching and Sorensen Dice similarity coefficients. Finally the UPGMA clustering, Tocher optimization and PCA were performed. We observed for ISSR and RGA 205 and 68 marks, respectively, with expected heterozygosity of 0.28 and 0.21; polymorphic information content was 91.71 and 0.17% and genetic distance 8.0 and 8.53, respectively. These findings contribute to our understanding of the wide distribution and adaptation of this species in reforested areas.

Author Biographies

Messulan Rodrigues Meira, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA. Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA.

Graduada em Ciências Biológicas pela Faculdade de Saúde Ibituruna (FASI), Montes Claros- MG. Mestre em Agroecologia pelo Instituto de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Doutora em Plantas Medicinais, Aromáticas e Condimentares pela Universidade Federal de Lavras (UFLA). Pós doutora em Produção Vegetal pelo Instituto de Ciências Agrárias da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Desenvolveu pesquisa de apoio técnico industrial pela FAPEMIG com a espécie Dimorphandra mollis Benth. Atualmente é bolsista PNPD/CAPES pelo Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais PPGCA do departamento de Ciências Exatas e Naturais - DCEN da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - UESB, Campus Itapetinga, desenvolvendo projeto de caracterização genética e molecular de espécies nativas de Passiflora sp., no Laboratório de Genética Molecular Aplicada - LGMA da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Possui experiência na área de Botânica, atuando principalmente nos seguintes temas: plantas medicinais, aromáticas e condimentares, fisiologia vegetal, manejo sustentável de recursos florestais, agroecologia e biotecnologia vegetal. 

Luiz Henrique Tolentino Santos, Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Possui graduação em Zootecnia pela Universidade Estadual de Montes Claros (2014), Mestrado em Zootecnia pela Universidade Estadual de Montes Claros - Minas Gerais (2017). Atualmente e aluno do Doutorado em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - UESB. Tem experiência na área de Zootecnia, com ênfase em Forragicultura e Pastagem, atuando principalmente nos seguintes temas: manejo e avaliação de pastagens, nutrição de ruminantes e melhoramento de plantas forrageiras .

Quirlian Queite Araújo Anjos, Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

Possui graduação em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), onde atuou como bolsista de Iniciação Científica Voluntária (2012-2013) e bolsista de Iniciação Científica CNPq (2013-2014 e 2014-2015). É mestre em Ciências Ambientais pela Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB), onde atuou na linha de pesquisa relacionada com a avaliação de produtos naturais extraídos do bioma Caatinga e no controle de vetores de importância sanitária. Atualmente é doutoranda do Programa de Pós Graduação em Zootecnia, atuando na linha de pesquisa Genética e Melhoramento também pela UESB.

Brenda Emilly Ferreira Santos, Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA

Graduada no curso de Zootecnia pela Universidade do Sudoeste da Bahia (UESB), campus Itapetinga.

Leonardo de Sousa Guimarães, Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA

Formado em Técnico em Agropecuária pelo IF BAIANO (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Baiano) e atualmente cursa o quarto semestre de Zootecnia na Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia - Campus Juvino Oliveira. Realizou monitoria da disciplina de biologia no curso de Zootecnia. Recentemente vem colaborando como bolsista de Iniciação Científica no projeto intitulado Estudos genético-moleculares em plantas com potencial uso para agropecuária da região do sudoeste da Bahia: Otimização de protocolos, seleção de marcadores e comparação de coeficiente com vistas a estimativas de diversidade.

Carlos Bernard Moreno Cerqueira Silva, Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA, 45700-000 Programa de Pós graduação em Zootecnia da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA, 45700-000 Departamento de Ciências Exatas e Naturais Laboratório de Genética Molecular Aplicada, Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia, Itapetinga, BA

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 Adjunto (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 55 eventos científicos, tendo recebido 16 prêmios e/ou homenagens. É supervisor de Pós-Doutorado (PNPD/CAPES) e possui 43 Artigos, dois Capitulo de livro e 125 resumos (publicados ou aceito para publicação). 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)

References

ANDRADE, L. A.; FABRICANTE, J. R.; OLIVEIRA, F. X. Impactos da invasão de Prosopis juliflora (Sw.) DC. (Fabaceae) sobre o estrato arbustivo-arbóreo em áreas de Caatinga no estado da Paraíba, Brasil. Acta Scientiarum Biological Sciences, Maringá, v. 32, 3, p. 249-255, 2010.

ARAÚJO, L. B. R.; NETO, A. M. B.; GODIM, G. M. C.; PIRES, K. R. A.; BERTINI, C. H. C. M. Diversidade genética em famílias de meios-irmãos de pinhão manso. Enciclopédia Biosfera, Goiânia, v. 14, n. 25, p. 452-465, 2017.

BORÉM, A.; CAIXETA, E. T. (Ed.). Marcadores moleculares. 2 ed. Viçosa: Universidade Federal de Viçosa; Brasília: Embrapa Café, 2009. 532 p.

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, Houston, v. 32, n. 3, p. 314-331, 1980.

BURNNET, A. A ‘saga’ político-ecológica da algaroba no semiárido brasileiro. Journal of Social Studies, Erzurum, v. 19, n. 38, p. 148-175, 2017.

COSTA, D. F.; VIEIRA, F. A.; FAJARDO, C. G.; CHAGAS, K. P. T. Diversidade genética e seleção de iniciadores ISSR em uma população natural de mangaba (Hancornia speciosa Gomes) (Apocinaceae). Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal, v. 37, n. 4, p. 970-976, 2015.

CRUZ, C. D.; FERREIRA, F. M.; PESSONI, L. A. Biometria aplicada ao estudo da diversidade genética. Viçosa: Suprema, 2011. 620 p.

CUNHA, L. H.; SILVA, R. A. G. A trajetória da algaroba no semiárido nordestino: dilemas políticos e científicos. Raízes, Campina Grande, v. 32, n. 1, p. 1-24, 2012.

DUARTE, M. C.; SANTOS, J. B.; MELO, L. C. Comparison of similarity coefficients based on RAPD markers in the common bean. Genetics and Molecular Biology, Ribeirão Preto, v. 22, n. 3, p. 427-432, 1999.

HARTL, D. L.; CLARK, A. G. Princípios de Genética de Populações. 4 ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. 660 p.

HONGYU, K.; SANDANIELO, V. L. M.; OLIVEIRA JUNIOR, G. J. Análise de Componentes Principais: resumo teórico, aplicação e interpretação. Engineering and Science, Cuiabá, v. 5, n. 1, p. 83-90, 2015.

JACCARD, P. Nouvelles recherches sur la distribution florale. De la Societé Vaudoise des Sciences Natureles, Zurich, v. 44, n. 1, p. 223-270, 1908.

JONES, J.; DANGL, J. The plant immune system. Nature, London, v. 444, n. 1, p. 323-329, 2006.

MEDEIROS, M. A.; RIET-CORREA, F.; PESSOA, A. F. A.; PESSOA, C. R. M.; BATISTA, J. A. B.; DANTAS, A. F. M.; MIRANDA NETO, E.; MEDEIROS, R. M. T. Utilização de vagens de Prosopis juliflora na alimentação de bovinos e equinos. Pesquisa Veterinária Brasileira, Seropédica, v. 32, n. 10, p. 1014-10162, 2012.

MEYER, A. S. Comparação de coeficientes de similaridade usados em análises de agrupamento com dados demarcadores moleculares dominantes. 2002. 106 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Piracicaba. 2002.

NEI, M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics, Pittsburgh, v. 89, n. 3, p. 583-590, 1978.

PEGADO, C. M. A.; ANDRADE, L. A.; FÉLIX, L. P.; PEREIRA, I. M. Efeitos da invasão biológica de algarroba Prosopis juliflora (Sw.) DC. sobre a composição e a estrutura do estrato arbustivo-arbóreo da caatinga no município de Monteiro, PB, Brasil. Acta Botanica Brasilica, Belo Horizonte, v. 20, n. 4, p. 887-898, 2006.

PIRES, I. E.; KAGEYAMA, P. Y. Caracterização da base genética de uma população de algaroba – Prosopis Juliflora (Sw.) DC. – existente na região de Soledade-PB. Instituto de Pesquisas e Estudos Florestais, Piracicaba, v. 30, n. 1, p. 29-36, 1985.

REDDY, P.; SARLA, N.; SIDDIQ, E. A. Inter simple sequence repeat (ISSR) polymorphism and its application in plant breeding. Euphytica, Amsterdam, v. 128, n. 1, p. 9-17, 2002.

RODRIGUES, L. C.; SILVA, A. A.; SILVA, R. B.; OLIVEIRA, A. F. M.; ANDRADE, L. H. C. Conhecimento e uso da carnaúba e da algaroba em comunidades do Sertão do Rio Grande do Norte, Nordeste do Brasil. Revista Árvore, Viçosa, v. 37, n. 3, p. 451-457, 2013.

ROHLF, F. J. NTSYS-pc: numerical taxonomy and multivariate analysis system, version 2.1. New York: Exeter Software, 2000. 98 p.

SEKHWAL, M. K.; PINGCHUAN, L.; LAM, I.; WANG, X.; CLOUTIER, S.; YOU, F. M. Disease Resistance Gene Analogs (RGAs) in plants. International Journal of Molecular Sciences, Basel, v. 16, n. 8, p. 19248-19290, 2015.

SNEATH, P. H.; SOKAL, R. R. Numerical taxonomy: the principles and practice of numerical classification. 1 ed. W. H. San Francisco: Freeman, 1973. 573 p.

SOKAL, R. R.; ROHLF, F. J. The comparison of dendograms by objective methods. Taxon, Vienna, v. 11, n. 1, p. 30-40. 1962.

SUNNUCKS, P.; HALES, D. F. Numerous transposed sequences of mitochondrial cytochrome oxidase I-II in aphids of the genus Sitobion (Hemiptera:Aphididae). Molecular Biology and Evolution, Oxford, v. 13, n. 3, p. 510-524, 1996.

ZOLET, A. C. T.; TURCHETTO, C.; ZANELLA, C. M.; PASSAIA, G. Marcadores moleculares na era genômica: metodologias e aplicações. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, 2017. 181 p.

Downloads

Published

2020-03-13

Issue

Vol. 33 No. 1 (2020)

Section

Artigos

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.