Utilização de marcadores microssatélites para avaliação da diversidade genética de variedades locais de mandioca

Eliane Cristina Moreno de Pedri; Giovana Cuchi; Auana Vicente Tiago; Ana Aparecida Bandini Rossi

doi:10.18378/rvads.v19i1.9735

Authors

Eliane Cristina Moreno de Pedri Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado, Alta Floresta https://orcid.org/0000-0002-7044-581X
Giovana Cuchi Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado, Alta Floresta https://orcid.org/0000-0002-5761-3276
Auana Vicente Tiago Embrapa Agrossilvipastoril, Sinop https://orcid.org/0000-0001-9556-9491
Ana Aparecida Bandini Rossi Universidade do Estado de Mato Grosso, Alta Floresta https://orcid.org/0000-0002-8318-5375

DOI:

https://doi.org/10.18378/rvads.v19i1.9735

Keywords:

Manihot esculenta, SSR, Variability

Abstract

Cassava is cultivated by family farmers who preserve local landraces in their proprieties, acting as guardians of this genetic resource. The existing genetic diversity for the species can be estimated using microsatellite molecular markers. Thus, the objective was then to carry out the molecular characterization of four local varieties of cassava (Cacau Branca, Cacau Roxa, Cacau Amarela and Mandioca Pão) cultivated by family farmers in the municipality of Apiacás, Mato Grosso state, Brazil using microsatellite markers. Four local landraces of cassava were sampled, totaling 40 individuals. Leaf material was used for DNA extraction and PCR amplification. A total of 67 alleles were amplified, with SSRY126 and SSRY21 amplifying the highest and lowest number of alleles, respectively. Among the amplified alleles, 33 rare alleles (49%) were identified. The observed heterozygosity (0.840) was higher than the expected heterozygosity (0.643), reflecting negative fixation indices. Loci with PIC values above 0.5 were GA12, GA131, GA140, SSRY27, SSRY28, and SSRY126. The dendrogram formed by the UPGMA hierarchical clustering generated five genetic clusters, which were in agreement with the Bayesian analysis. Thus, genetic diversity was observed among the local landraces cultivated in the family farmers' fields in the municipality of Apiacás. The AP5 and AP20 individuals are the most genetically divergent among the analyzed group, and the Mandioca pão landrace is the most genetically distant from the other three landraces.

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Author Biographies

Eliane Cristina Moreno de Pedri, Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado, Alta Floresta

Licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade do Estado de Mato Grosso (2009), mestre em Biodiversidade e Agroecossistemas Amazônicos pela Universidade do Estado de Mato Grosso (2018) e doutora em Biodiversidade e Biotecnologia da Amazônia Legal (PPG-Bionorte), Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado (2022). Atualmente é pós-doutoranda na área de Conservação dos recursos naturais pela Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado (2023-2024).

Giovana Cuchi, Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado, Alta Floresta

Graduada em Licenciatura Plena e Bacharelado em Ciências Biológicas e Pós-graduanda no Curso de Mestrado em Genética e Melhoramento de Plantas da Universidade Estadual de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado (UNEMAT).

Auana Vicente Tiago, Embrapa Agrossilvipastoril, Sinop

Graduada em Licenciatura em Ciências Biológicas, pela Universidade do Estado de Mato Grosso (2013/1). Mestre em Biodiversidade e Agroecossistemas Amazônicos pela Universidade do Estado de Mato Grosso (2016/1). Doutora em Biodiversidade e Biotecnologia - Rede BIONORTE, Universidade do Estado de Mato Grosso (2020/1). Atualmente é Pesquisadora na Embrapa Agrossilvipastoril, Sinop - MT, no Programa de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Regional (PDCTR) - FAPEMAT/CNPq (2022-2025). Desenvolve pesquisa na área de conservação dos recursos genéticos, através de estudos de caracterização morfoagronômica, molecular e etnobotânica.

Ana Aparecida Bandini Rossi, Universidade do Estado de Mato Grosso, Alta Floresta

Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade do Estado de Mato Grosso (1996), mestrado em Botânica pela Universidade Federal de Viçosa (2003) e doutorado em Genética e Melhoramento pela Universidade Federal de Viçosa (2007). Atualmente é professora sênior da Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT). Tem experiência na área de Biologia Geral, com ênfase em Genética Vegetal, Biologia Molecular e Biologia da Conservação, atuando principalmente nos seguintes temas: Aspectos Reprodutivos e Diversidade Genética em espécies Vegetais Nativas e Cultivadas e conservação dos Recursos Naturais. Participa como orientadora dos Programas de Pós Graduação: Mestrado em Biodiversidade e Agroecossistemas Amazônicos, Genética e Melhoramento de Plantas e do Doutorado Biodiversidade e Biotecnologia da Amazônia Legal, da Rede Bionorte. Atualmente é Professora Sênior da Universidade do Estado de Mato Grosso Carlos Alberto Reyes Maldonado - UNEMAT.

References

APOLINÁRIO, J. R. Sabores, saberes e o “pão dos trópicos”: contatos interétnicos entre indígenas e colonizadores a partir da circulação e uso da mandioca. Patrimônio e Memória, 15(1): 28-46, 2019.

ASHA, K. I.; MARIA, V. A.; KOUNDINYA, A. V. V.; KRISHNAN, P. Molecular Profiling of Selected Cassava (Manihot esculenta Crantz) Germplasm Using ISSR and SSR Markers. Journal of Root Crops, 45 (2): 24-32. 2019.

BAYATA, A. Review on nutritional yalue of cassava for use as a Staple Food. Science Journal of Analytical Chemistry, 7(4): 83-91, 2019. 10.11648/j.sjac.20190704.12 DOI: https://doi.org/10.11648/j.sjac.20190704.12

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, 32(3): 314-331, 1980.

BROWN, A. H. D.; WEIR, B. S. Measuring genetic variability in plant populations. In: TANKSLEY, S. D.; ORTON, T. J. (Eds.). Isozymes in plant genetics and breeding. Part A. Amsterdan: Elsevier Science Publishers, p.73-86, 1983. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-444-42226-2.50016-5

CHAVARRIAGA-AGUIRRE, P.; MAYA, M. M.; BONIERBALE, M. W.; KRESOVICH, S.; FREGENE, M. A.; TOHME, J.; KOCHERT, G. Microssatellites in Cassava (Manihot esculenta Crantz): discovery, inheritance and variability. Theoretical and Applied Genetics, 97: 493-501, 1998. 10.1007/s001220050922 DOI: https://doi.org/10.1007/s001220050922

COSTA, T. R.; VIDIGAL FILHO, P. S.; GONÇALVES-VIDIGAL, M. C.; GALVÁN, M. Z.; LACANALLO, G. F.; SILVA, L. I.; KVITSCHAL, M. V. Genetic diversity and population structure of sweet cassava using simple sequence repeat (SSR) molecular markers. African Journal of Biotechnology, 12(10): 1040-1048, 2013. 10.5897/AJB12.2727

CRUZ, C. D. GENES - a software package for analysis in experimental statistics and quantitative genetics. Acta Scientiarum, 35(3): 271-276, 2013. 10.4025/actasciagron.v35i3.21251 DOI: https://doi.org/10.4025/actasciagron.v35i3.21251

CRUZ, C. D.; FERREIRA, F. M.; PESSONI, L. A. 1ed. Biometria aplicada ao estudo da diversidade genética. Visconde do Rio Branco, MG: Suprema, 2011.

DOYLE, J. J.; DOYLE, J. L. A Rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19(1): 11-15, 1987.

DUARTE, F. F.; GUIMARÃES JÚNIOR, R.; VIEIRA, E. A.; FIALHO, J. F.; MALAQUIAS, J. V. Produtividade e valor nutricional da parte aérea e de raízes tuberosas de oito genótipos de mandioca de indústria. Revista Brasileira de Saúde e Produção Animal, 17(4): 1-12, 2016. 10.1590/S1519-9940201600010000 DOI: https://doi.org/10.1590/S1519-99402016000100001

EVANO, G.; REGNAUT, S.; GOUDET, J. Detecting the number of clusters of individuals using the software structure: a simulation study. Molecular Ecology, 14(8): 2611–2620, 2005. 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x

FIGUEREDO, P. E.; TIAGO, A. V.; ZANETTI, G. T.; PINTO, J. M. A.; ROSSI, A. A. B.; HOOGERHEIDE, E. S. S. Diversidade genética de mandiocas na região periurbana de Sinop, Mato Grosso, Brasil. Magistra, 30: 143-153, 2019.

GRIFFITHS, A. J. F.; DOEBLEY, J.; PEICHEL, C. 12ed. Introdução à Genética. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2022, 768 p.

LIU, K.; MUSE, S. V. Power Marker: Integrated analysis environment for genetic marker data. Bioinformatics, 21: 21-29, 2005. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bti282

MARCHETTI, F. F. Agricultura tradicional e a manutenção da agrobiodiversidade em comunidades rurais do município de Santo Antonio do Leverger - MT. Dissertação, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, 2012, 99p.

MARCHETTI, F. F.; MASSARO, L. R.; AMOROZO, M. C. D. M.; BUTTURI-GOMES, D. Maintenance of manioc diversity by traditional farmers in the state of Mato Grosso, Brazil: a 20-year comparison. Economic botany, 67(4): 313-323, 2013. DOI: https://doi.org/10.1007/s12231-013-9246-3

MBA, R. E. C.; STEPHENSON, P.; EDWARDS, K.; MELZER, S.; NKUMBIRA, J.; GULLBERG, U.; APEL, K.; GALE, M.; TOHME, J.; FREGENE, M. Simple Sequence Repeat (SSR) markers survey of the cassava (Manihot esculenta Crantz) genome: towards an SSR-based molecular genetic map of cassava. Theoretical and Applied Genetics, 102: 21-31, 2001. 10.1007/s001220051614 DOI: https://doi.org/10.1007/s001220051614

MIRANDA, K. M. C.; GUIMARÃES, R. A.; SILVA, M. J.; OLIVEIRA, P. R. O.; RIBEIRO, T. G.; MENDES, T. P.; TELLES, M. P. C.; SOARES, T. N. Cross-amplification and characterization of microsatellite markers in species of Manihot Mill. (Euphorbiaceae) endemic to the Brazilian Cerrado. Acta Botanica Brasilica, 34(4): 772-777, 2020. 10.1590/0102-33062019abb0374 DOI: https://doi.org/10.1590/0102-33062019abb0374

MONTAGNA, T.; FERREIRA, D.K.; STEINER, F.; FERNANDES, C. D.; BITTENCOURT, R.; SILVA, J. Z.; MONTOVANI, A.; REIS, M. S. A Importância das Unidades de Conservação na Manutenção da Diversidade Genética de Xaxim (Dicksonia sellowiana) no Estado de Santa Catarina. Biodiversidade Brasileira, 2(2): 26-32, 2012.

MOURA, E. F.; SOUSA, N. R.; MOURA, M. F.; DIAS, M. C.; SOUZA, E. D.; FARIAS NETO, J. T.; SAMPAIO, J. E. Molecular characterization of accessions of a rare genetic resource: sugary cassava (Manihot esculenta Crantz) from Brazilian Amazon. Genetic Resources and Crop Evolution, 63: 583-593, 2016. 10.1007/s10722-016-0378-z DOI: https://doi.org/10.1007/s10722-016-0378-z

NEI, M.; TAJIMA, F.; TATENO, Y. Accuracy of estimated phylogenetic trees from molecular data. Journal of Molecular Evolution, 19: 153-170, 1983. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02300753

OLER, J. R. L.; AMOROZO, M. C. D. M. Etnobotânica e conservação on farm de mandioca (Manihot esculenta Crantz) na agricultura de pequena escala no Estado de Mato Grosso, Brasil. Interações, 18(4): 137-153, 2017. 10.20435/inter.v18i4.1600 DOI: https://doi.org/10.20435/inter.v18i4.1600

OLIVEIRA, P. H. G. A.; BARBOSA, A. C. O.; DINIZ, R. P.; OLIVEIRA, E. J.; FERREIRA, C. F. Molecular marker assisted selection for increasing inbreeding in S1 populations of cassava. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 90(4): 3853-3869, 2018. 10.1590/0001-3765201820180278 DOI: https://doi.org/10.1590/0001-3765201820180278

ORTIZ, A. H. T.; VIDIGAL FILHO, P. S.; ROCHA, V. P. C.; FERREIRA, R. C. U.; GONÇALVES, T. M.; GONÇALVES-VIDIGAL, M. C. Population structure and genetic diversity of sweet cassava accessions from the midwestern, southeastern and southern regions of Brazil. Brazilian Archives of Biology and Technology, 62: (e19180556), 2019. 10.1590/1678-4324-2019180556 DOI: https://doi.org/10.1590/1678-4324-2019180556

PRITCHARD, J. K.; STEPHENS, M.; DONNELLY, P. Inference of population structure using multilocus genotype data. Genetics, 155: 945-959, 2000. DOI: https://doi.org/10.1093/genetics/155.2.945

PRITCHARD, J. K.; WEN, W. Documentation for structure software: Version 2. University of Chicago. 2004.

RODRIGUES, A. F.; AGUIAR, J. O. Práticas agrícolas nas propriedades dos participantes da Inconfidência Mineira (Minas Gerais, comarca do Rio das Mortes, segunda metade do século XVIII). Patrimônio e Memória, 15(1): 114-133, 2019.

RONDON, M. J.; TIAGO, A. V.; HOOGERHEIDE, E. S. S. On-farm conservation of cassava in Cuiabá, Mato Grosso state, Brazil: ethnobotanical aspects and genetic diversity. Pesquisa Agropecuária Tropical, 53: (e73659), 2023. 10.1590/1983-40632023v5373659 DOI: https://doi.org/10.1590/1983-40632023v5373659

SCHUELKE, M. Na economic method for the fluorescente labeling of PCR fragments. Nature Biotechnology, 18: 233-234, 2000. DOI: https://doi.org/10.1038/72708

SILVA, M. C. M. DA; CORDEIRO, A. G. M.; TIAGO, A. V.; PEDRI, E. C. M.; ROSSI, A. A. B. Levantamento e caracterização fenotípica de etnovariedades de mandioca cultivadas em assentamentos rurais no estado de Mato Grosso, Brasil. Research, Society and Development, 11(7): e10211729731-e10211729731, 2022. 10.33448/rsd-v11i7.29731 DOI: https://doi.org/10.33448/rsd-v11i7.29731

TAMAIA, C. C. Etnobotânica de mandioca (Manihot esculenta Crantz) no bairro São Sebastião, em São Paulo de Olivença, Amazonas. Monografia, Universidade Federal do Amazonas, São Paulo de Olivença, 2021, 73p.

TIAGO, A. V.; ROSSI, A. A. B.; PEDRI, E. C. M.; ROSSI, F. S.; ROCHA, V. D.; LIMA, J. A.; HOOGERHEIDE, E. S. S.; SANTOS, L. L.; CARDOSO, E. S.; SOUZA, S. A. M. Estrutura genética de mandiocas cultivadas na Amazônia norte mato-grossense. In: OLIVEIRA JUNIOR, J. M. B.; CALVÃO, L. B. (Org.). Ciências biológicas: campo promissor em pesquisa 3. Ponta Grosso: Atena, 2020. 3(14): 169-179. 10.22533/at.ed.25720160114 DOI: https://doi.org/10.22533/at.ed.25720160114

TORO, M. A.; FERNÁNDEZ, J.; CABALLERO, A. (2009). Caracterização molecular de raças e seu uso em conservação. Livestock Science, 120(3), p.174–195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.livsci.2008.07.003

TUMUHIMBISE, R.; MELIS, R.; SHANAHAN, P.; KAWUKI, R. Genotype x environment interaction effects on early fresh storage root yield and related traits in cassava. The Crop Journal, 2: 329-337, 2014. 10.1016/j.cj.2014.04.008 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cj.2014.04.008

TURCHETTO, C.; ZOLET, A. C. T.; PASSAIA, G.; ZANELLA, C. M. Marcadores genéticos baseados em DNA. In: TURCHETTO-ZOLET, A. C.; TURCHETTO, C.; ZANELLA, C. M.; PASSAIA, G. 1ed. Marcadores moleculares na era genômica: metodologias e aplicações. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética, 2017, p. 12-20.

WEIR, B. S.; COCKERHAM, C. C. Estimating F-Statistics for the analysis of population Structure. Evolution, 38(6): 1358-1370, 1984. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1984.tb05657.x

WOLF, M. S.; CUCHI, G.; PEDRI, E. C. M.; TIAGO, A. V.; SILVA, M. C. M.; ROSSI, A. A. B. Diversidade genética entre etnovariedades de mandioca por meio de marcadores ISSR. Conjecturas, 22(16): 532-546, 2022. DOI: https://doi.org/10.53660/CONJ-2079-2S15