Molecular genetic variability, population structure and mating system in tropical forages

Abstract

Microsatellite (SSR) markers were developed for the following tropical forage species, using accessions available from the plant genetic resources (PGR) collections held by EMBRAPA (Brazilian Agricultural Research Corporation): Brachiaria brizantha, B. humidicola, Panicum maximum, Paspalum spp., Stylosanthes capitata, S. guianensis, S. macrocephala, Calopogonium mucunoides and Centrosema spp. The markers were used to analyze population struc- ture and genetic diversity, evolution and origin of the genetic variability in the center of origin, mating systems and genetic resources in EMBRAPA’s germplasm bank. The results shed light on the amount of genetic variation within and between populations, revealed the need in some cases for further plant collection to adequately represent the spe- cies in PGR collections, allowed us to assemble core collections (subsets of the total collections) that should contain most of the available diversity and (in the case of the legumes) showed the need to avoid unwanted outcrossing when regenerating conserved material. The data will allow plant breeders to better select accessions for hybrid production, discriminate between genotypes and use marker-assisted selection in breeding programs. Our results will also underpin the construction of genetic maps, mapping of genes of agronomic interest and numerous other studies on genetic varia- bility, population structure, gene flow and reproductive systems for the tropical forage species studied in this work.

Se desarrollaron marcadores microsatélite (SSR) para las siguientes especies forrajeras tropicales, usando accesiones de germoplasma disponibles en las colecciones de recursos genéticos mantenidas por EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária): Brachiaria brizantha, B. humidicola, Panicum maximum, Paspalum spp., Stylosanthes capitata, S. guianensis, S. macrocephala, Calopogonium mucunoides y Centrosema spp. Los marcadores se usaron para analizar la estructura de las poblaciones y su diversidad genética; la evolución y el origen de la variabilidad gené- tica en los respectivos centros de origen; los sistemas reproductivos; y los recursos genéticos en el banco de germo- plasma de EMBRAPA. Los resultados arrojaron luz sobre la magnitud de la variación genética dentro de y entre po- blaciones; revelaron la necesidad, para algunas especies, de incrementar las colecciones de germoplasma y así obtener una adecuada representación de las especies en las colecciones de recursos genéticos; permitieron establecer coleccio- nes núcleo (subconjuntos de colecciones grandes), representativas de la diversidad genética disponible en las respecti- vas colecciones completas; y mostró, para las leguminosas, el riesgo de cruzamientos no deseados al multiplicar semi- lla de las accesiones conservadas. La información obtenida facilitará a los fitomejoradores la selección de accesiones para la generación de híbridos, la distinción entre genotipos, y el uso de la selección asistida por marcadores en pro- gramas de fitomejoramiento. Los resultados también ayudarán para la construcción de mapas genéticos, el mapeo de genes de interés agronómico y otros estudios tales como la variabilidad genética, la estructura de poblaciones, el flujo de genes y el sistema reproductivo, para las especies de forrajes tropicales estudiadas en este trabajo.