Molecular versus morphological markers to describe variability in sugar cane (Saccharum officinarum) for germplasm management and conservation

Abstract

La caña de azúcar es uno de los cultivos industriales más importantes de regiones tropicales y subtropicales. El INTA (Argentina) administra un Banco de Germoplasma de caña de azúcar y lleva a cabo un programa de mejora. El presente trabajo fue diseñado para estimar la variabilidad fenotípica y genética entre 65 accesiones de caña de azúcar seleccionadas del INTA. Se aplicaron métodos de clasificación y ordenamiento en el análisis de datos morfológicos y de SSR. EL Análisis de Procrustes Generalizado permitió evaluar la correlación entre las relaciones establecidas a partir de ambos tipos de marcadores. Un buen ajuste entre los dendrogramas y las matrices de similitud fue soportado por un alto coeficiente de correlación cofenética (r=0,82, p<0,0001; r=0,73, p<0,0001; r=0,82, p<0,0001 para datos cuantitativos, cualitativos y moleculares respectivamente). La presencia de una estructura poblacional fue reconocida cuando se consideraron los diferentes tipos de datos. El Procrustes permitió detectar aquellas accesiones que serían responsables de la baja correlación detectada entre configuraciones individuales (73%). Tanto los marcadores morfológicos como los moleculares resultaron lo suficientemente discriminativos para diferenciar accesiones. No obstante, no fue posible correlacionar las asociaciones establecidas por los marcadores con el origen de los materiales. Las distancias fenotípicas y genéticas basadas en información morfológica y molecular será de utilidad para asistir en la conservación y organización de los materiales de la colección y elegir combinaciones parentales con propósito de mejora.

Sugarcane is one of the most important industrial crops in tropical and subtropical regions. INTA (Argentina) administrates a Sugarcane Germplasm Bank and carries out a breeding program. The current study was designed to assess the phenotypic and genetic diversity among 65 sugarcane accessions selected from the INTA. Clustering and ordination methods based on quantitative and qualitative morphological traits and SSR data were applied. Generalized Procrustes Analysis allowed evaluating the correlation between relationships established with both markersA good of fit between dendrograms and similarity matrices were revealed by high cophenetic coefficients (r=0.82, p<0.0001; r=0.73, p<0.0001; r=0.82, p<0.0001 for phenotypic quantitative, phenotypic qualitative and molecular data respectively). The presence of different reliable population structure was observed when considering different data sources. Procrustes allowed finding those accessions that should have been responsible for the low correlation found between the individual configurations (73%). Both morphologic and molecular markers resulted discriminative enough to differentiate among accessions. It was not possible, however, to correlate associations of markers with the origin of materials. Phenotypic and genetic distances based on morphology and molecular information serves to assist conservation and organization of collection of materials, and the choice of parent combinations for breeding purposes.