An AFLP estimation of the outcrossing rate of Spondias tuberosa (Anacardiaceae), an endemic species to the Brazilian semiarid region
Carlos Antonio Fernandes Santos & Renata Natália Cândido de Souza Gama
ABSTRACT
The umbu tree (Spondias tuberosa) is one of the most important endemic species to the Brazilian tropical semiarid region. The umbu tree has edible fruits with a peculiar flavor that are consumed in natura or in a semi-industrialized form, such as jams, candies and juices. The majority of endemic species to Brazilian semiarid region have not been studied or sampled to form germplasm collections, which increases the risk of losing genetic variability of the adapted species to xerophytic conditions. The aim of this study was to estimate outcrossing rates in S. tuberosa using a multilocus mixed model in order to guide genetic resources and breeding programs of this species. DNA samples were extracted from 92 progenies of umbu trees, which were distributed among 12 families. These trees were planted by seed in 1991 in Petrolina, PE, Brazil. The experimental design was a randomized block, with a total of 42 progenies sampled in three regions. The experimental units were composed by five plants and five replications. The outcrossing rate was estimated by the multilocus model, which is available in the MLTR software, and was based on 17 polymorphic AFLP bands obtained from AAA_CTG and AAA_CTC primer combinations. The observed heterozygotes ranged from 0.147 to 0.499, with a maximum frequency estimated for the AAA_CTC_10 amplicon. The multilocus outcrossing estimation ( ) was 0.804±0.072, while the single-locus ( ) was 0.841±0.079, which suggests that S. tuberosa is predominantly an outcrossing species. The difference between and was -0.037±0.029, which indicates that biparental inbreeding was nearly absent. The mean inbreeding coefficient or fixation index ( ) among maternal plants was - 0.103±0.045, and the expected was 0.108, which indicates that there was no excess of heterozygotes in the maternal population. The outcrossing estimates obtained in the present study indicate that S. tuberosa is an open-pollinated species. Biometrical models applied to this species should therefore take into account the deviation from random outcrossing to estimate genetic parameters and the constitution of broad germplasm samples to preserve the genetic variability of the species. Outcrossing rates based on AFLP and the mixed-mating model should be applied to other studies of plant species in the Brazilian semiarid region.
RESUMEN
El árbol de umbu (Spondias tuberosa) es una de las especies endémicas más importantes de la región semiárida del Brazil. El mismo tiene frutos comestibles con sabor distinto y puede ser consumido fresco o semiindustrializado, como mermeladas y zumos. La mayoría de las especies endémicas de la región semiárida del Brazil no fueron estudiadas o muestreadas para formar colecciones de germoplasma, aumentando el riesgo de pérdida de la variabilidad genética. El objetivo de este trabajo fue estimar las tasas de polinización cruzada en S. tuberosa basada en el modelo multi-locus mixto, con el fin de orientar los recursos genéticos y los programas de mejoramiento de esta especie. Muestras de ADN fueron extraídas de 92 progenies de árboles umbuzeiro, distribuidos en 12 familias, que se establecieron en Petrolina, PE, Brazil, 09º09’ S - 40º22’ W. El diseño experimental fue de bloques al azar con un total de 42 progenies muestreadas en tres regiones. La tasa de fecundación cruzada fue estimada por el modelo multi-locus disponible en el software MLTR, basado en 17 bandas de AFLP polimórficas obtenidas a partir de las combinaciones de cebadores AAA_CTG y AAA_CTC. Los heterocigotos observados oscilaron entre 0.147 y 0.499 con la frecuencia máxima estimada para AAA_CTC 10 amplicón. El valor estimado de cruzamiento multi-locus ( ) fue 0.804±0.072, mientras que el locus de uno-locus ( ) fue 0.841±0.079, lo que sugiere que S. tuberosa es predominantemente una especie de polinización cruzada. La diferencia entre el y fue de -0.037±0,029, lo que indica que la endogamia bi-parental fue casi inexistente. La media del coeficiente de fijación ( ) entre las plantas maternas fue - 0.103±0.045, mientras que la esperada fue 0.108, lo que indica que no hubo un exceso de heterocigotos en la población materna. Las estimaciones obtenidas en este trabajo indican que S. tuberosa es una especie de polinización cruzada. Los modelos biométricos aplicados a esta especie deben tener en cuenta la desviación del cruce aleatorio para estimar los parámetros genéticos y la formación de grandes muestras para preservar la variabilidad genética de esta especie. La tasa de fecundación cruzada basada en AFLP y el apareamiento mezclado debe ser aplicado a otros estudios de especies de plantas de la región semiárida del Brazil.