Variabilidad genética de siete cultivares de arracacha (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) producidos en los municipios de Boyacá y Turmequé (Boyacá) utilizando marcadores microsatélite | Genetic variability of seven arracacha cultivars (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) produced in Boyacá and Turmequé (Boyacá) using microsatellite markers

La arracacha (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) es una Apiaceae con raíces tuberosas reservantes ricas en un nutritivo almidón, considerada un producto con gran potencial productivo y comercial debido a la calidad de sus nutrientes y versatilidad. El análisis mediante marcadores moleculares microsatélites (SSR’s) permitirá la caracterización de la diversidad genética de arracacha y brindará elementos para la conservación del germoplasma en programas de mejoramiento genético. Este trabajo se presenta en tres capítulos: el primer capítulo abarca una descripción general sobre la arracacha (A. xanthorrhiza). El segundo capítulo presenta la estandarización y selección de 9 marcadores microsatélites para el análisis de variabilidad genética de arracacha de siete cultivares de arracacha en Boyacá: paliverde, palirusia, palinegra, yema de huevo, blanca de tarro, yucatana y amarilla de tarro. Finalmente, el capítulo 3 comprende el análisis de la diversidad genética de siete cultivares de la arracacha. Los nueve loci microsatélites amplificaron 97 alelos, con un promedio de 10,78 alelos por locus, identificando 22 alelos privados y 9 raros. El contenido de información polimórfica (PIC = 0,82), la heterocigocidad observada (Ho = 0,76), la heterocigocidad esperada (He = 0,69) y la heterocigosidad total (HT = 0,84), establecieron que los diferentes loci son altamente polimórficos. Los índices de diversidad FST (0,069 – 0,165 y GST (0,073 - 0,172) indican que la variabilidad es debida a diferencias dentro de los cultivares de arracacha. La distancia genética promedio entre los cultivares fue de 0,76, los resultados entre el árbol Neighbor Joining y el AFCM muestran una gran correlación en la agrupación de los cultivares en ocho grupos genéticamente diversos, con baja estructuración. Este estudio muestra la necesidad de determinar las características genéticas y la variabilidad de la especie en el país, con el fin de establecer estrategias complementarias de gestión y conservación de este recurso genético.

Universidad Jorge Tadeo Lozano

Colciencias

INTRODUCCIÓN .....................................................................................................1 OBJETIVOS ............................................................................................................5 Objetivo general ...................................................................................................5 Objetivos Específicos ...........................................................................................5 1. Arracacia xanthorrhiza ......................................................................................6 1.1 GENERALIDADES DEL CULTIVO DE ARRACACHA ...................................6 1.1.1 Origen del cultivo de arracacha ................................................................6 1.1.2 Taxonomía de Arracacia xanthorrhiza ......................................................8 1.1.3 Filogenética del clado Arracacia...............................................................9 1.1.4 Nivel de ploidía de arracacha .................................................................11 1.1.5 Materiales genéticos de arracacha.........................................................12 1.1.6 Importancia económica de la arracacha .................................................15 1.2 ANTECEDENTES GENÉTICOS ..................................................................16 1.2.1 Mejoramiento genético en arracacha......................................................16 1.2.2 Estudios de variabilidad genética en arracacha......................................16 1.3 LOS MICROSATÉLITES COMO MARCADORES MOLECULARES ...........19 1.4 POTENCIAL DEL ESTUDIO DE VARIABILIDAD GENÉTICA .....................21 REFERENCIAS..................................................................................................22 2. SELECCIÓN DE MARCADORES MICROSATÉLITES (SSR’S) PARA EL ANÁLISIS DE VARIABILIDAD GENÉTICA EN SIETE CULTIVARES DE ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza) .........................................................28 RESUMEN .........................................................................................................28 2.1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................28 2.2 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................29 2.2.1 Material vegetal ......................................................................................29 2.2.2 Extracción de ADN .................................................................................30 2.2.3 Análisis de marcadores microsatélites....................................................30 2.2.4 Separación electroforética en poliacrilamida ..........................................31 2.3. RESULTADOS............................................................................................32 2.3.1 Calidad y concentración del ADN ...........................................................32 2.3.2 Amplificación de loci según Morillo et al. (2004).....................................32 2.3.3 Electrofóresis en diferentes concentraciones de poliacrilamida..............34 2.3.4 Estandarización de PCR.........................................................................34 2.4. DISCUSIÓN ................................................................................................37 2.5. CONCLUSIONES........................................................................................38 REFERENCIAS..................................................................................................38 3. DIVERSIDAD GENÉTICA DE SIETE CULTIVARES DE ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza)..................................................................................40 RESUMEN .........................................................................................................40 3.1 INTRODUCCIÓN..........................................................................................41 3.2 MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................45 3.2.1 Material vegetal ......................................................................................45 3.2.2 Extracción de ADN. ................................................................................45 3.2.3 Caracterización de marcadores microsatélites. ......................................46 3.3.1 Análisis de alelos....................................................................................47 3.3 RESULTADOS.............................................................................................48 3.3.1 Riqueza alélica .......................................................................................48 3.3.2 Variabilidad genética ..............................................................................50 3.3.3. Distancia genética .................................................................................53 3.3.4 Análisis factorial de correspondencia múltiple ........................................56 3.4 DISCUSION .................................................................................................57 3.4.1 Riqueza alélica .......................................................................................57 3.4.2 Variabilidad genética ..............................................................................59 3.4.3 Estructura genética.................................................................................60 3.5. CONCLUSIONES........................................................................................61 REFERENCIAS..................................................................................................62 ANEXOS................................................................................................................75

Arracacha (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) is an Apiaceae with tuberous reserve roots rich in a nutritious starch, it is considered a product with great productive and commercial potential due to the quality of its nutrients and versatility. The analysis by molecular microsatellite markers (SSR's) will allow the characterization of the genetic diversity of arracacha and will provide elements for the conservation of germplasm in breeding programs. This research is presented in three chapters: the first chapter reachs a general description of arracacha (A. xanthorrhiza). The second chapter presents the standardization and selection of 9 microsatellite markers for the analysis of genetic variability of arracacha of seven arracacha cultivars in Boyacá: paliverde, palirusia, palinegra, yema de huevo, blanca de tarro, yucatana y amarilla de tarro. Finally, the third chapter includes the analysis of the genetic diversity of seven arracacha cultivars. Nine microsatellite loci amplified 97 alleles, with an average of 10.78 alleles per locus, identifying 22 private and 9 rare alleles. The polymorphic information content (PIC = 0.82), the heterozygosity observed (Ho = 0.76), the expected heterozygosity (He = 0.69) and the total heterozygosity (HT = 0.84), established that the different loci are highly polymorphic. The diversity indices FST (0.069 - 0.165 and GST (0.073 - 0.172) indicate that the variability is due to differences within the arracacha cultivars, the average genetic distance between the cultivars was 0.76, the results among the Neighbor tree Joining and the AFCM show a great correlation in the grouping of the cultivars in eight genetically diverse groups, with low structuring. This study shows the need to determine the genetic characteristics and the variability of the species in the country, in order to establish strategies complementary management and conservation of this genetic resource.

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