New seed collections of North American pitseed goosefoot (Chenopodium berlandieri) and efforts to identify its diploid ancestors through whole-genome sequencing

Inglés. Abstract Pitseed goosefoot (Chenopodium berlandieri) is an ecologically diverse wild/weedy North American species within the primary gene pool for improving South American quinoa (Chenopodium quinoa). Both taxa are 36-chromosome allotetraploids with subgenomes AA and BB. The A genome is found in a large number of diploids in the Americas, along with one Northeast Asian taxon, and was recently shown to be the maternal ancestor, while the paternal B genome is closely related to several extant Eurasian diploids. Two of our primary objectives were 1) to determine the extent of genetic diversity in the allotetraploid C. berlandieri-quinoa-hircinum complex and 2) to characterize the evolutionary path from polyploidization to domestication in these taxa. In an effort to survey genetic diversity, in 2018, we made seed collections of southern Texas, southern Great Plains, and New England coastal ecotypes of C. berlandieri as well as sympatric diploids. With respect to the second goal, we performed whole-genome sequencing of two Sonoran Desert Chenopodium A-genome diploids in subsection Cellulata and Andean cultivated C. pallidicaule in subsection Leiosperma. When paired reads were aligned to the whole-genome reference of C. quinoa strain ‘QQ74’, the match percentages were 99.31, 99.23, and 98.53 for C. watsonii, C. sonorense, and C. pallidicaule, respectively. These data strongly support C. watsonii as being the most closely related of these three species to the A-genome ancestor of quinoa. Ongoing sequencing efforts with a larger panel of diploids are aimed at identifying the maternal ancestor of C. quinoa and C. berlandieri, if extant.

Español; castellano. Resumen Pata de gallo (Chenopodium berlandieri) es una especie norteamericana, silvestre y muy diversa en su ecología, tal que representa un recurso genético para mejorar la quinua sudamericana (Chenopodium quinoa). Ambas entidades taxonómicas son alotetraploides con 36 cromosomas compuestas en subgenomas AA y BB. El genoma A se encuentra en muchos diploides de las Américas, junto con una especie del noreste de Asia, y recientemente fue identificado como pariente maternal, mientras el genoma paternal B se relaciona a un grupo de diploides de Eurasia. Dos de nuestros objetivos principales eran 1) determinar la diversidad genética que hay en el complejo alotetraploide de C. berlandieri-quinoa-hircinum; y 2) caracterizar el sendero evolucionario de poliploidización hasta domesticación en este grupo taxonómico. Para investigar la diversidad genética, en el año 2018 hicimos colecciones de semillas de poblaciones de C. berlandieri y diploides simpátricos en el sur de Texas, el sur de los Llanos Grandes, y en el litoral de Nueva Inglaterra. Referente al segundo objetivo, secuenciamos los genomas de dos diploides AA de la subsección Cellulata del Desierto de Sonora y el cultivar andino cañahua C. pallidicaule de subsección Leiosperma. Al alinear leídas pareadas de estos diploides con la secuencia referencia de C. quinoa cultivar ‘QQ74’, los porcentajes que coincidieron eran 99.31, 99.23, and 98.53 para C. watsonii, C. sonorense, y C. pallidicaule, respectivamente. Estos datos aportan la hipótesis que, de entre estas tres C. watsonii es la especie más cercana al ancestro AA de la quinua. Continuamos nuestros esfuerzos en secuenciar un panel más amplio de diploides con el fin de identificar con más seguridad el ancestro maternal de C. quinoa y C. berlandieri, sea que todavía existe.