Morfologická a genetická diverzita agrolesnického druhu Guazuma crinita v Peruánské Amazonii.

Ing. Lady Laura Tuisima Coral

Doctoral thesis

Mophological and molecular diversity of a tropical tree species Guazuma crinita in the Peruvian Amazon

Abstract:

Guazuma crinita (Malvaceae) je dřevina pocházející z peruánské Amazonie a díky svému důležitému významu pro místní zemědělce byla vybrána jako vhodná pro domestikaci. Tento proces je stále ještě v raném stádiu. Tak jako u mnoha jiných druhů dřevin je málo známá její genetická variabilita a stále není jasné, jaký bude mít dopad proces domestikace na její genetické zdroje. Hlavním cílem tohoto výzkumu bylo posoudit genetickou variabilitu G. crinita mezi různými populacemi v peruánské Amazonii pomocí morfologických (kvalita dřeva) a molekulárních (ISSR a AFLP) markerů. První část této studie se zaměřila na variabilitu fyzikálních vlastností dřeva u této dřeviny v rámci jedinců původem z šesti různých lokalit. Vzorky dřeva byly získány ze spodní, střední a horní části kmene. U vzorků dřeva z dvanácti náhodně vybraných stromů, starých osm let, byla stanovena vlhkost, hustota, specifická hmotnost, radiální, tangenciální a objemové smrštění a koeficient anizotropie. Dále byly stanoveny vzájemné vztahy mezi těmito fyzikálními vlastnostmi. Všechny fyzikální vlastnosti dřevin, s výjimkou čerstvé hustoty, se významně lišily mezi jednotlivými lokalitami. Statisticky významné rozdíly byly nalezeny i mezi vzorky z různých částí stromu. Hustota dřeva a koeficient anizotropie (1.6) ukázal, že G. crinita má stabilní dřevo, představující významné výhody, pokud jde o náklady na dopravu a proces zpracování. Výsledky ukázaly potenciál pro výběr vhodných genotypů s požadovanými vlastnostmi dřeva pro další výsadbu a domestikaci. Druhá část studie popisuje výzkum genetické variability na základě využití ISSR markerů u 44 genotypů z klonálního sadu založeného v peruánské Amazonii ve výzkumném ústavu IIAP v oblasti Ucayali. Deset molekulárních markerů (ISSR) bylo amplifikováno v 65-ti lokusech, z toho 61 lokusů bylo polymorfních (93.8%). Rozsah amplifikace DNA se pohybovala od 260 do 2,200 bp. Celková genetická rozdílnost mezi populacemi (Gst) byla pouze 0.03, což ukazuje 97% genetické rozmanitosti uvnitř jednotlivýchpopulací . Genetický tok (Nm) byl 12.9 allel na generaci. Nenalezli jsme korelaci mezi místem původu a genetickou variabilitou, což značí společný genetický původ těchto jedinců, což dokládá slabá pozitivní korelace mezi genetickou a geografickou vzdáleností. Třetí část poskytuje přehled o tom, jaký má domestikační proces dřeviny G. crinita vliv na její genetické zdroje. Podařilo se nám zhodnotit 58 vzorků z osmi lokalit tří typů populací, 19 vzorků z přírodní populace, 15 pěstovaných v domácích zahradách a 24 z domestikovaných populací. Použili jsme metodu AFLP se sedmi vybranými primerovými kombinacemi. Celkem 171 fragmentů bylo amplifikováno s 99.42% polymorfismu na úrovni druhu. U testovaných typů populací byl získán následující počet fragmentů 124, 84 a 93 s úrovní polymorfismu 72.51%, 49.12% a 54.39%. Genetická rozmanitost a Shannon index byly zjištěny vyšší v přírodní populaci ve srovnání s domestikovanou populací (He = 0.1 a 0.9, I = 0.19 a 0.16). AMOVA ukázala vyšší rozdíl v rámci jednotlivých populací než mezi nimi (84% a 4%). UPGMA analýza a PCoA neukázaly statisticky významnou korelaci mezi genetickou a geografickou vzdáleností. Došlo však k výrazné genetické diferenciaci mezi jednotlivými typy populací, což naznačuje zúžení genetické variability u domestikovaných populací, i když genetická variabilita zůstává stále relativně vysoká. Použití morfologických (kvalita dřeva) a molekulárních markerů úspěšně odhalilo genetickou variabilitu druhu G. crinita a tyto metody mohou být použity i pro jiné druhy tropických dřevin. Pro další výzkum doporučujeme rozší

Abstract:

ření počtu vzorků i do dalších geografických oblastí.

Abstract:

Fast growing tree species Guazuma crinita (Malvaceae) was selected as a priority species for domestication in the Peruvian Amazon due its important contribution to the livelihood of local farmers. Its domestication process is still in an early age as for many tropical tree species little is known about its genetic variability and we dont know anything about the impact of domestication on its genetic resources. The main objective of this research was to assess the genetic variability of G. crinita within and among populations in the Peruvian Amazon by the use of morphological (wood physical traits) and molecular (ISSR and AFLP) markers. Wood physical properties among six G. crinita provenances were evaluated. Wood samples were drilled from the base middle and top of the stem of 12 randomly selected eight-years-old trees for determination of wood measurement. Pearson correlations between physical properties were also determined. All wood physical properties except green density differed significantly among provenances. We also found statistically significant variation due to stem level position. The moderately dense wood and the coefficient of anisotropy (1.6) suggested that G. crinita has stable wood; they represent important advantages in terms of costs for transport and transformation process. The results suggested potential to select provenances with desirable wood properties for further breeding and domestication. Due to the variation found even in limited tree samples it is recommended further analysis with more extensive number of samples from different provenances and planting zones. This research presents the first assessment of genetic variability based on inter-simple sequence repeat (ISSR) markers for 44 G. crinita genotypes from a clonal garden multiplication established in the Peruvian Amazon Research Institute (IIAP) in Ucayali region. Ten ISSR primers amplified a total of 65 bands of which 61 were polymorphic (93.8%). The range of DNA amplification varied from 260 to 2200 bp. Among the provenances overall genetic differentiation (Gst) was 0.03 indicating 97% of genetic diversity within provenances. Gene flow (Nm) was 12.9 alleles per generation. Cluster analysis was not related with geographic origin suggesting a common gene pool which was supported by calculation of weak positive correlation was found between genetic and geographic distance. With the use of AFLP markers an insight on how domestication process does impact G. crinita genetic resources is also reported on this research work. I was able to generate fingerprint for 58 leaf samples representing eight provenances and three population types, 19 from a natural regenerated population 15 cultivated in home garden nursery and 24 from a collection of genotypes considered as semi-domesticated population. Seven selective AFLP primer combinations were used. A total of 171 fragments were amplified with 99.42% of polymorphism at species level. Each type of population generated fragments with 72.51% 49.12% and 54.39% of polymorphic fragments respectively. Neis genetic diversity and Shannon index information were found to be higher in the population of natural regeneration compared to overall semi-domesticated population (He = 0.10 and 0.9; I = 0.19 and 0.16 respectively). The analysis of molecular variation (AMOVA) showed higher variation within provenances rather than among (84% and 4% respectively). UPGMA clusters analysis and PCoA did not showed correspondence between genetic and geographic distance in addition their correlation was not significant. There was a significant genetic differentiation among types of population suggesting slight genetic bottleneck in semi-domesticated populations yet with relatively high levels of genetic variation. In situ conservation for populations with high levels of genetic diversity was recommended. In addition proper management of natural regeneration and ex situ genotype collections might be a good conservation

Abstract:

strategy to maintain G. crinita genetic resources. The use of morphological (wood physical traits) and molecular markers were successful to reveal genetic variability of G. crinita and they could be used for other tropical tree species. For further researches it is emphasis to extent the number of samples and geographic scale.

Keywords

Bolaina blanca, genetická diverzita, domestikace

Keywords

semidomesticated population, genetic diversity, Bolaina blanca

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 12. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Bohdan Lojka, Ph.D.
• Reader: Milan Lstibůrek, MSc Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Tropical AgriSciences

Doctoral programme / field:
Agricultural Specialization / Tropical and Subtropical Agriculture