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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.11.2015.tde-19102015-111100
Documento
Autor
Nome completo
Alessandro Alves Pereira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2015
Orientador
Banca examinadora
Zucchi, Maria Imaculada (Presidente)
Clement, Charles Roland
Moraes, Evandro Marsola de
Veasey, Elizabeth Ann
Vencovsky, Roland
Título em português
Diversidade genética, genômica e filogeografia de mandioca (Manihot esculenta Crantz): implicações para a dispersão do cultivo ao longo dos principais eixos fluviais da bacia amazônica brasileira
Palavras-chave em português
Manihot esculenta
cpSSR
Cultivos amazônicos
Estrutura genética
Genômica de populações
ncSSR
SNPs
Resumo em português
A mandioca foi domesticada no sudoeste da bacia amazônica, e presentemente é o cultivo alimentício amazônico mais importante no mundo. Após a domesticação inicial pressões seletivas divergentes deram origem aos grupos de variedades de mandiocas mansas e bravas. A distribuição atual destes grupos é um tanto diferente ao longo da Amazônia, o que pode ser reflexo de padrões de dispersão distintos de variedades mansas e bravas ao longo da história da domesticação do cultivo. O objetivo deste estudo foi avaliar a diversidade e estrutura genética, genômica e a filogeografia de mandiocas cultivadas por agricultores tradicionais ao longo dos principais rios da bacia amazônica brasileira. Análises filogenéticas de linhagens matrilineares foi realizada com base no polimorfismo de quatro marcadores microssatélites cloroplastidiais (cpSSR). A diversidade e estrutura genética foram avaliadas com 14 marcadores microssatélites nucleares (ncSSR), enquanto que a abordagem genômica foi realizada com base em 5.871 polimorfismos de nucleotídeos únicos (SNPs). Foi observada considerável diferenciação [FST = 0,78 (cpSSR), 0,28 (ncSSR), e 0,37 (SNPs)] entre as variedades cultivadas e Manihot esculenta ssp. flabellifolia, o parente silvestre da mandioca. Não foram detectadas associações de haplótipos cpSSR com os grupos de variedades mansas e bravas ou com os rios. Apesar da ausência de padrões filogeográficos, as análises de agrupamento e estrutura genética com base nos três tipos de marcadores avaliados sugeriram que as variedades mansas e bravas são igualmente relacionadas à população silvestre. O segundo padrão mais importante de estruturação genética foi observado entre variedades mansas e bravas [FST = 0,08 (ncSSR) e 0,10 (SNPs)], no entanto houve um considerável grau de mistura entre variedades de ambos os grupos. Estes resultados, juntamente com a elevada variação genética observada dentro de variedades mansas e bravas são resultantes do manejo realizado por agricultores tradicionais ao longo da região amazônica. A ausência de padrões filogeográficos entre rios e regiões foi observada também com marcadores ncSSR e SNPs. Entretanto, quando a estrutura genética e genômica foi avaliada dentro das variedades mansas e bravas, alguns padrões contarstantes e tendências de estruturação entre rios foram observados. A ausência de padrões claros de estrutura genética e genômica entre diferentes rios não permitiu inferências sobre prováveis rotas de dispersão do cultivo a partir do seu centro de origem no sudoeste da Amazônia. No entanto, os padrões contrastantes de diferenciação genética e genômica dentro de variedades mansas e bravas podem estar associados a histórias de dispersão distintas para estes grupos de variedades de mandioca. Entre os locos genômicos, 658 SNPs estão possivelmente sob seleção positiva quando se considera a divergência entre variedades de mandioca cultivada e o parente silvestre. Destes, 202 SNPs podem estar especificamente associados com a seleção divergente entre variedades mansas e bravas. Estes locos podem estar em genes importantes para a domesticação inicial e seleção para características importantes do cultivo, e podem ser o ponto de partida para o melhor entendimento das bases genômicas da domesticação e diversificação da mandioca.
Título em inglês
Genetic diversity, genomics and phylogeography of manioc (Manihot esculenta Crantz): Implications for the dispersal of the crop along the main fluvial axes in Brazilian Amazonia
Palavras-chave em inglês
Manihot esculenta
Amazonian crops
cpSSR
Genetic structure
ncSSR
Population genomics
SNPs
Resumo em inglês
Manioc, or cassava, was domesticated in southwestern Amazonia, and is currently the most important staple crop in the world that originated there. After its initial domestication divergent selective pressures gave rise to the groups of sweet and bitter varieties. The current distribution of these groups is somewhat different across Amazonia, which may be due to distinct dispersal patterns of sweet and bitter varieties during the crop's domestication history. The aim of the present study was to evaluate genetic diversity and structure, genomics, and phylogeography of manioc cultivated by traditional farmers along the major rivers of Brazilian Amazonia. Phylogenetic analyses among matrilineages were performed based on the polymorphism of four chloroplastidial microsatellite markers (cpSSR). The evaluation of genetic diversity and structure were performed with 14 nuclear microsatellite markers (ncSSR), and a genomics approach was performed based on 5,871 single nucleotide polymorphism markers (SNPs). Considerable differentiation [FST = 0.78 (cpSSR), 0.28 (ncSSR), and 0.37 (SNPs)] was observed between cultivated varieties and Manihot esculenta ssp. flabellifolia, manioc's wild relative. No associations of cpSSR haplotypes with the groups of sweet and bitter varieties, nor with rivers were detected. Despite the lack of phylogeographic patterns, the analyses of genetic structure and relationships suggested that sweet and bitter varieties are equally related to wild populations. The second most important pattern of genetic structuring was observed between sweet and bitter varieties [FST = 0.08 (ncSSR) and 0.10 (SNPs)], although there was considerable overlap between groups. These results, combined with the high levels of genetic variability observed within sweet and bitter varieties, are due to the traditional management practices of smallholder farmers across Amazonia. The lack of phylogeographical patterns among rivers and regions were also observed with ncSSR and SNP markers. However, when the genetic and genomic structures were separately evaluated within sweet and bitter varieties, some contrasting patterns and tendencies of genetic structuring among the rivers was observed. The absence of clear patterns of genetic and genomic structure among different rivers did not permit inferences on probable routes of dispersal of the crop from its center of origin in southwestern Amazonia. Nevertheless, the contrasting patterns of genetic and genomic differentiation within sweet and bitter varieties may be associated with distinct dispersal histories for these groups of manioc varieties. Among the genomic loci, 658 SNPs are possibly under positive selection when considering the divergence between cultivated varieties of manioc and the wild relative. Of these, 202 SNPs may be specifically associated with divergent selection between sweet and bitter varieties. These loci may be located in genes important for initial domestication and selection for important characteristics of the crop, and may be a starting point for better comprehension of the genomic bases of manioc domestication and diversification.
 
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Data de Publicação
2015-10-23
 
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