Development of microsatellites in Prosopis spp. and their application to study the reproduction system | Entwicklung von Mikrosatelliten für Prosopis spp. und ihre Anwendung zur Untersuchung des Reproduktionssystems

Die untersuchten Baumarten Prosopis chilensis und Prosopis flexuosa stellen wichtige natürliche Ressourcen dar in vieler Trocken-Gebiete in Argentinien. Trotz ihrer ökologischen und ökonomischen Bedeutung befindet sich die Erforschung der genetischen Ressourcen dieser beiden Arten in einem Anfangsstadium.Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, zunächst Mikrosatelliten Marker (SSRs = Simple Sequence Repeats) für die Gattung Prosopis zu entwickeln, und sie dann für die Untersuchung des reproduktiven Systems in einem Hybridschwarm von P. chilensis und P. flexuosa zu nutzen.Für die Identifizierung von Mikrosatelliten Markern bzw. SSR-Genorten wurde die isolierte DNS der Art P. chilensis nach einem Protokoll von Fischer und Bachmann (1998) angereichert. Sechs SSR-Primerpaare wurden erhalten. Die entwickelten SSR-Marker zeigten einen Polymorphism Information Content zwischen 0,14 und 0,70 in P. chilensis und zwischen 0,41 und 0,85 in P. flexuosa. Die erwartete Heterozygotie lag zwischen 0,14 und 0,73 in P. chilensis, und zwischen 0,46 und 0,86 in P. flexuosa. Ein Test bezüglich der Nutzung dieser SSR-Primer auch in anderen Prosopis Arten zeigte deren weitgehende Anwendbarkeit über Artengrenzen hinweg.Die entwickelten SSR Marker wurden angewendet, um die genetischen Strukturen und das Reproduktionssystem in einem Hybrid-Schwarm von P. chilensis und P. flexuosa zu untersuchen. Insgesamt wurden 100 blühende Prosopis-Bäume (Elternpopulation) beobachtet. Die morphologische Zuordnung einzelner Bäume erfolgte mit Hilfe von qualitativen und quantitativen Merkmalen. Dabei bildeten sich drei Gruppen: Gruppe 2, P. Flexuosa; Gruppe 3, P. Chilensis; und Gruppe 1 mit intermediären Individuen beider Arten. Über alle Gruppen hinweg wurden an den sechs SSR-Genorten 70 Allele beobachtet. Schätzungen der genetischen Diversität He zeigten den höchsten Mittelwert in Gruppe 2 (He= 0,730) gefolgt von Gruppe 1 (He = 0,605) und Gruppe 3 mit dem geringsten Wert (He = 0,554).Für die Untersuchung des Reproduktionssystems wurden in der Altbaumpopulation 23 Bäume ausgewählt. Insgesamt wurden 516 Samen (Samenpopulation) gesammelt. Insgesamt wurden in der Samenpopulation 41 Allele gefunden, wobei drei dieser Allele nicht in der Altbaumpopulation vorkamen. Die genetischen Parameter zur Schätzung der genetischen Differenzierung zwischen den morphologischen Gruppen zeigten, sowohl in der Samenpopulation als auch in der effektiven Pollenwolke, die höchste Differenzierung zwischen Gruppe 2 und Gruppe 3. Um den Genfluss zwischen den morphologischen Gruppen genauer zu bestimmen, wurden Vaterschaftsanalysen durchgeführt. Unter den 420 Nachkommen, deren Polleneltern potentiell innerhalb des Bestandes liegen können, stammen 170 aus einer Hybridisierung zwischen den Gruppen.Die Ergebnisse lassen einen starken Genfluss zwischen morphologischen Gruppen vermuten. Eine beträchtliche Reduktion der genetischen Differenzierung zwischen morphologischen Gruppen wurde in nur einer Generation beobachtet. Die Analysen des Paarungssystems deuten auf asymmetrischen Genfluss hin. Für das Zustandekommen von intermediären Individuen bekommt Gruppe 2 mehr Pollen von Gruppe 3 als umgekehrt. Die Hybridisierung wird begleitet von Introgression. Eine höhere Rate von Paarungen intermediärer Individuen mit Gruppe 3 erzeugt einen höheren Anteil von Introgression in Richtung dieser Gruppe. Rückkreuzungen kommen aber auch zwischen Gruppe 1 und 2 vor.

Prosopis chilensis and Prosopis flexuosa, two hardwood arboreal species, constitute important natural resources. They play a vital role in the ecology and the economy of arid and semi-arid zones in Argentina. In spite of their importance, the exploration of the genetic resources of both species is in an early stage. Highly polymorphic molecular markers are indispensable for the study of the genetic resources of these species. Microsatellite markers (SSRs = Simple Sequence Repeats) offer a great potential for the analysis of gene flow and mating system.The aim of the present study was first to develop microsatellite markers for the genus Prosopis; and secondly to use the developed markers in a study of the reproduction system of a hybrid swarm between Prosopis chilensis and Prosopis flexuosa.SSR loci were isolated for the species Prosopis chilensis using an enrichment protocol developed by Fischer and Bachmann (1998). Six primer pairs were obtained. These primers showed a Polymorphism Information Content between 0.14 and 0.70 in P. chilensis and, between 0.41 and 0.85 in P. flexuosa. Expected heterozygosity ranged from 0.14 to 0.73 in P. chilensis, and from 0.46 to 0.86 in P. flexuosa. A test for cross-species amplification in seven other Prosopis species revealed a broad cross-species affinity.The developed SSR markers were applied to study genetic variation and reproductive system of a hybrid swarm between Prosopis chilensis and P. Flexuosa. 100 flowering Prosopis trees (adult population) were studied. Morphological assignment was performed by means of qualitative and quantitative morphological characters. Three morphological groups were obtained: Group 2, Prosopis flexuosa; Group 3, P. chilensis; and Group 1, intermediate individuals. Total number of alleles over all groups and at six SSR loci was 70 (average number of alleles/locus = 11.67). Estimate gene diversity (He) showed the highest mean value in Group 2 (He = 0.730), followed by Group 1 (He = 0.605), and Group 3 (He = 0.554).For the study of the reproduction system, twenty three open-pollinated trees were selected. 516 seeds (seed population) were collected. Seed population was divided into groups according to the morphological classification of the mother trees. 41 different alleles were found in the seed population. Genetic parameters showed the highest differentiation between Group 3 and 2 in the seed population as well as in the effective pollen cloud. Reduction in genetic differentiation was observed over all groups comparing the seed population and effective pollen cloud to the adult population.Paternity analysis, conducted by categorical allocation and based on multilocus genotypes, was used in order to asses more precisely the gene flow between groups. Among the 420 progenies that had their male parent within the stand, 170 resulted from hybridization events between groups.Results point towards strong gene flow between morphological groups. A considerable reduction in the genetic differentiation among morphological groups was observed in just one generation. Mating system analysis indicates that gene flow is asymmetric. For the formation of intermediate individuals, Group 2 receives more pollen from Group 3 than the opposite. Hybridization is accompanied by introgression. A higher mating rate of intermediate individuals with Group 3 generates greater levels of introgression towards this group.