Lectura 1B

Diversidad genética y relaciones en las adhesiones de diferentes grupos de cultivares y orígenes en el tomate de árbol (Solanum betaceum Cav.)

Pablo Acosta¹, Santiago Vilanova², Jaime Prohens² y Juan Martínez³

¹Universidad Técnica Particular de Loja. Departamento de Ciencias Agropecuarias y de Alimentos, Loja, Ecuador.
²Universidad Politécnica de Valencia. Institute for the Conservation and Improvement of Valencian Agro-diversity (COMAV). España.
³Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Biología Vegetal. Madrid, España.

 

Abstract. The tree tomato Solanum betaceum is an Andean tree that is cultivated for its juicy fruit, however, there is little information on plant genetic resources and the reproduction of this crop. For this reason, molecular variability was studied with AFLP markers using 11 primer combinations from a collection of 25 S. betaceum belonging to four cultivar groups, and one accession from the wild relative S. cajanumense. Of the 197 AFLP fragments, 43% were polymorphic, 40% if S. cajanumens is excluded, unique AFLP fragments were found for each accession, but no specific fragments were found in any of the accessions. Genetic differentiation between cultivars was low (GRAMO S_T = 0.2248), which was equaled by the low values ​​of genetic distance between cultivars. The diversity of collections in Ecuador is a diverse center for the tree tomato, the results obtained showed a low and not significant correlation coefficient, making Ecuador be considered a center of diversity for the tree tomato.

 

KEYWORDS: AFLPs / CONSERVATION / CULTIVAR GROUPS / GENETIC RESOURCES / SOLANUM BETACEUM / TREE TOMATO

1.           Introducción

El tomate de árbol S. betaceum, conocido como tamarillo, es cultivado por sus frutos comestibles, tiene un gran contenido de ácido ascórbico y actividad oxidante (Vasco et al., 2009). En Nueva Zelanda, se presentó como una fruta exótica la cual a aumentando durante las últimas décadas, tanto su producción como exportación (Boyes and Strubi 1997; Prohens and Nuez, 2000).  
    El estudio acerca de la diversidad, la conservación y la reproducción del tomate de árbol ha sido restringido (Bohs, 1989; Pringle and Murray 1991; Cohen y Col, 2000; Enciso-Rodríguez et al., 2010; Acosta-Quezada et al., 2011). Existen dos estudios acerca de la morfología logía (Acosta-Quezada et al., 2011), y molecular (Enciso Rodríguez et al., 2010) número de accesiones.
    De acuerdo al estudio morfológico se desarrolló 39 descriptores cuantitativos con el fin de calcular la diversidad, en 24 accesiones de este cultivo que van en cinco grupos de distintos países (Acosta-Quezada et al., 2011). Entre estas accesiones se identificaron características agronómicas, se localizó una diversidad en las accesiones en la mayoría de sus descriptores con un alto grado de variación, y heredabilidad. Sumando a esto la baja diferenciación morfológica entre los grupos de cultivares (Enciso-Rodríguez et al., 2010). Se desarrolló 26 accesiones de origen colombiano, con cinco marcadores nucleares ortólogos polimórficos. Usando los marcadores establecidos se detectó un alto valor de homocigosidad y diferenciación genética, entre accesiones. Este estudio se enfoca en la variación AFLP a través del uso en las accesiones de acuerdo a su morfología (Acosta-Quezada et al., 2011). Debido a la escasa información genómica para este cultivo no se ha logrado desarrollar marcadores SSR o SNP sino se utilizó marcadores AFLP, que no requieren información genómica previa (Meudt and Clarke, 2007).

    El beneficio de los AFLP es que en cada ejecución se puede determinar un numero de fragmentos que tiene mayor reproducibilidad que otros marcadores como los RAPD, sin solicitar información genómica (Powell et al., 1996; Jones and Col, 1997). Toda la información adquirida será importante para la conservación de recursos genéticos además de ayudar a identificar estrategias de mejoramiento y oportunidades para el tomate de árbol.

2.   Materiales y métodos

2.1. Material vegetal

Un agregado de 26 aumentos de tomate de árbol, de los cuales 25 se relacionan con S. betaceum cultivado, y uno con el pariente silvestre S. cajanumense Kunth (grupo externo), se utilizaron para la representación de AFLP (Tabla 1). Las promociones desarrolladas tienen un lugar con cuatro racimos de cultivares caracterizados por Acosta-Quezada et al., (2011) son: naranja, naranja puntiaguda, morada y roja. 22 de los aumentos de S. betaceum utilizados aquí ya fueron retratados morfológicamente (Acosta-Quezada et al., 2011).
    El material vegetal utilizado en este examen fue inicialmente recolectado en 7 naciones y entregado por los bancos de germoplasma de la Universidad Técnica Particular de Loja (UTPL) en Ecuador y de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) en España; Se eligió el material para representar una variedad combinada de especies de cultivares y puntos de partida geológicos, y se hizo una acentuación única al incluir promociones ecuatorianas, ya que se ha contabilizado una amplia variedad en esta nación (Bohs, 1989). Se recordó una gran cantidad de promociones ecuatorianas para aprender la variedad presente en esta nación en contraste con la de diferentes raíces, que involucran a Perú, Colombia, Bolivia, Nueva Zelanda, Portugal y España (Tabla 1).

Tabla 1. Accesiones de tomate de árbol estudiadas, grupo de cultivares, origen (incluyendo provincia o departamento y país) y disponibilidad de datos de caracterización morfológica (Acosta-Quezada et al., 2011).

2.2. Caracterización molecular

Para cada aumento, el ADN genómico se desprendió de una mezcla de hojas juveniles de 5 plantas utilizando la técnica CTAB (bromuro de cetil trimetil amonio) (Doyle y Doyle, 1987). La densidad del ADN se evaluó en agarosa, y la mezcla de catalizador EcoRI y MseI procesó una prueba de ADN de 0,1 lg a 37ºC durante 2,5 h. La ligadura se realizó con el kit de reactivos básicos AFLP (Invitrogen Corp., Carlsbad, California, EE. UU.) Siguiendo las instrucciones del productor. Después de la ligadura, la mezcla de respuesta se debilitó 1:10 en tampón Tris-EDTA (TE).
    Para la mejora pre-selectiva, se añadió una alícuota de 5 µl de la dilución de ADN 1:10 a una disposición de 25 µl que contenía 2.5 µl de 109 soportes, 1 µl de MgCl (25 mM), 0.5 µl de base EcoA (10 mM), 0.5 µl de MseC preliminar (10 mM), 1.0 µl de dNTP (10 mML) y 0.8 U de Taq polimerasa (Roche, Basilea, Suiza). Después de la preamplificación, el ADN se debilitó en otro momento 1:10 en el cojín TE. La intensificación específica se realizó en 2 µl partes alícuotas de la disposición anterior utilizando once mezclas de iniciadores (Tabla 2). Las piezas de ADN se aislaron en un analizador hereditario ABI/PRISM 377 (Applied Biosystems, Foster City, California, EE. UU.). Las piezas obtenidas se puntuaron como atributos paralelos (1 = presente, 0 = faltante) utilizando Genographer v. 2.1.4 (Benham et al., 1999). 

Tabla 2 Cebadores selectivos, enzima de restricción, secuencia y marcador fluorescente para los cebadores oligonucleotídicos pre-selectivos y selectivos utilizados en la caracterización de AFLP

2.3. Análisis de los datos

Las semejanzas hereditarias por pares se evaluaron con el coeficiente de comparabilidad Sij = 2a/(2a + b + c), donde a es la cantidad de grupos compartidos por i y j, b es la cantidad de grupos presentes en i y faltantes en j, y c es la cantidad de grupos presentes en j y desaparecidos en i (Mohammadi and Prasanna 2003). 
    Las cuadrículas de similitud hereditarias se utilizaron para crear una estrategia de grupo de pares no ponderados que utiliza el fenograma de malabarismo numérico (UPGMA) (Sneath and Sokal 1973). La integridad del ataque del fenograma se evaluó con el coeficiente de conexión cophenetic utilizando la prueba de Mantel (1967), asimismo, se realizó una investigación de arreglos principales (PCoA). Los exámenes UPGMA y PCoA se llevaron a cabo utilizando el paquete de programación NTSYSpc2.0 (Applied Biostatistics Inc., Setauket, NY, EE. UU.).

La variedad genética en los grupos de cultivares de S. betaceum (naranja, puntiaguda naranja, roja y morada) y en varias raíces geográficas se evaluó con la variedad decente hereditaria (H_T) total (Nei, 1973). Toda la variedad surtida se dividió en variedad decente entre las reuniones (D_ST) y dentro (H_S). El tamaño general de la separación hereditaria entre reuniones (G_ST) se determinó como la proporción D_ST/H_T (Nei,

1973). Según Nei (1972). determinó las separaciones hereditarias entre los racimos de cultivares de S. betaceum. Las estimaciones de la variedad decente hereditaria y las separaciones hereditarias para los racimos de cultivares se realizaron utilizando la programación POPGENE 3.2 (Yeh y Boyle 1997).

    Para contemplar la conexión entre los contrastes morfológicos por (Acosta-Quezada et al.2011) y subatómicos (utilizando información AFLP de este trabajo) entre los aumentos, se realizó una prueba de Mantel (1967), al observar la separación (Euclidiana) matriz basada en datos morfológicos y la matriz de distancia genética para las 22 promociones de S. betaceum utilizadas en las dos investigaciones. Los recuentos se realizaron utilizando la programación NTSYSpc2.0.

3.           Resultados y Discusión

3.1.        Análisis AFLP

Para los cultivares de S. betaceum, se encontró diferencias de los 78 marcadores polimórficos AFLP entre las 11 combinaciones de cebadores obtenidas (Meudt and Clarke, 2007), por cada combinación se obtuvo una huella genética única para cada adhesión, siendo útil para la identificación de cultivos y germoplasma silvestre (Kardolus et al. 1998; Furini y Wunder 2004; Blanca y col. 2007), de los cuales 84 (43%) fueron informativos. Según el coeficiente de dados (Fig. 1), tomando solo las accesiones cultivadas, el número de diferencias entre las adhesiones oscilaron entre 41 para adhesiones y 7 para accesiones A39 y A40, ambas pertenecientes al grupo morado.
    Excluyendo la naturaleza S. cajanumense, la accesión salvaje pariente A15, el número de loci polimórficos fue de 78 (40%), debido a que presentada un fragmento AFLP que estaba ausente del cultivo y carecía de cinco fragmentos AFLP específicos y universales para S. betaceum.

Fig. 1 UPGMA fenograma de 25 accesiones cultivadas de tomate de árbol (S. betaceum) y uno salvaje (S. cajanumense) basado en marcadores AFLP (según el coeficiente de dados).

3.2.        Diversidad genética

La diversidad genética encontrada fue considerable ya que el total de las 26 accesiones excluyendo la accesión salvaje A15, fue de H_T = 0.2904 (Tabla 3) y dentro de los cuatro grupos de cultivares de S. betaceum, la diferenciación genética fue relativamente baja (G_ST = 0.2248), Sin embargo, una parte importante de la diversidad en la especie podría ser preservada conservando solo unas pocas accesiones, incluso si pertenecen al mismo grupo de cultivares. Considerando el origen geográfico, el material recolectado en Ecuador se encontró (H_T = 0.2884) similar a la del resto de orígenes combinados, lo que demuestra que contiene un centro de acumulación con un alto nivel de diversidad para tomate de árbol (Harlan, 1992). La acumulación de diversidad y la baja diferenciación genética entre orígenes geográficos puede ser consecuencia de un intercambio prolongado del comercio de semillas y frutas entre diferentes regiones o también, la gran variedad de diferentes ambientes y microclimas a lo largo de la región andina, incluso dentro de la misma área geográfica.

 Tabla 3. Estadísticas de diversidad genética de 25 accesiones de tomate de árbol cultivado (S. betaceum) estimado a partir de datos de AFLP, agrupados según grupos de cultivares (naranja, naranja puntiaguda, naranja, morado y rojo) y al origen geográfico (Ecuador vs. otros orígenes)

H_T diversidad genética total, D_ST entre grupos diversidad genética, H_S dentro de los grupos diversidad genética, G_ST magnitud relativa de diferenciación genética entre grupos.

3.3.        Análisis multivariable

El análisis realizado entre las especies silvestres y S. betacum (Fig. 1) encontramos que para el caso A15 se separa del resto (S. cajanumense), al igual que A26 correspondiente a grupo de cultivares rojos que fueron recolectados en Ecuador. Por otro lado, la rama que contiene 24 accesiones restantes se subdivide en otras dos sub-ramas, una de las cuales contiene sólo dos accesiones (A39 y A40) correspondientes Nueva Zelandia mientras que la otra sub-rama, con 22 accesiones, revela que las accesiones de los diferentes grupos de cultivares u orígenes se entremezclan. Según Rohlf (1996), menciona que una buena concordancia entre el fenograma y las distancias genéticas entre pares de adhesiones serian   un coeficiente alto de correlación, en este caso la matriz copogenética del fenograma UPGMA y la de las distancias genéticas fue de 0,95 por ende cumple con lo mencionado.

Fig. 2 Distribución de 25 tomates de árbol cultivados (S. betaceum) y uno salvaje pariente (S. cajanumense) accesiones, de acuerdo con el primero (PCo1) y segundo (PCo2) principales coordenadas (a), y en el primero y tercero (PCo3) coordenadas principales (b) de PCoA basado en genética similitudes obtenidas de Marcadores AFLP. PCo1, PCo2 y PCo3 representan 21.5, 13.1 y 7.7%, respectivamente, del total variación. 

Un análisis del PCoA excluye el A15 (S. cajanumense) y A26 (grupo rojo, de Ecuador) del resto de accesiones. Los tres primeros componentes del PCoA representaron el 21,5, el 13,1 y el 7,7% de la variación total según la (Fig. 2). Según este análisis presenta una amplia gama de valores de las coordenadas segunda y tercera, pero como ocurre en el fenograma UPGMA, no hay una separación evidente de las accesiones por grupo de cultivares u origen geográfico

3.4.        Comparación entre la caracterización morfológica y molecular

La correlación obtenida de 22 adhesiones de S. betaceum fue de -0,024, un valor muy bajo y no significativo (P\0,05) esto permitió estudiar matrices de distancias morfológicas y AFLP y las similitudes de AFLP.

4.           Conclusión

El uso de la técnica molecular AFLP ha demostrado ser apropiada para el presente estudio al momento de revelar la diversidad génica, la relación dentro y entre diferentes orígenes de grupos de cultivares de tomate de árbol estudiados, los mismos que presentan un bajo nivel de diferenciación. Por otro lado, la diversidad encontrada en los cultivares ecuatorianos podría indicar que sería el centro de acumulación del tomate de árbol, a pesar de que Bolivia es considerada el centro de origen de este cultivo. Finalmente, la falta de correlación entre la morfología y el AFLP muestra que en el tomate de árbol en ambos tipos de datos son complementarios. Por ende, las accesiones estudiadas representan una amplia gama de procedencias a lo largo de la Región Andina y los datos expuestos en dichos análisis son de interés al momento de conservar los recursos génicos y al mejoramiento del cultivo andino que por varias décadas ha sido desplazado y poco analizado.

5.           Referencias

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Resumido por: Marcelo Guevara⁴, Karen Estrella⁴, Kelly Lara⁴, y Jessica Proaño⁴ 

⁴Estudiante de Genotecnia Vegetal. Ingeniería Agronómica. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad Central del Ecuador. 17243 Av. Universitaria, Ecuador.