Caracterización morfológica y molecular de germoplasma de tres razas de maíz amiláceo (Zea mays L.) del Perú

Abstract

Las 120 accesiones de las razas Paro, Chullpi y Piscorunto que se evaluaron en este estudio, presentan una amplia variabilidad morfológica, ya que, desde un enfoque descriptivo básico, se pudieron identificar varios estados en los caracteres cualitativos que anteriormente no habían sido reportados en la literatura. Asimismo, a partir de las comparaciones de la prueba de Wilcoxon – Mann – Whitney obtenido de las medianas de los caracteres cuantitativos, se observó que existen diferencias significativas entre las medianas de las tres razas, lo cual implica que morfológicamente ha sido posible caracterizar a cada una de ellas. A partir de un enfoque multivariado de tipo jerárquico se halló que la distancia de Gower combinado con el agrupamiento de WARD, con un coeficiente de correlación cofenético de 0.833, permitió la agrupación de las accesiones de acuerdo con la raza, sin presencia de duplicados, pero con cinco accesiones ubicadas en una raza diferente. Así como también, empleando un enfoque jerárquico basado en componentes principales se evidenció la presencia de duplicados al realizar el HCPC, al tomar de base el FAMD, siendo este el método que mejor agrupo a las accesiones por raza. Al aplicar diferentes formas del análisis de CP se dedujo que emplear tanto caracteres cuantitativos como los cualitativos se permite una agrupación más adecuada de las accesiones. Adicionalmente, del análisis de CP se obtuvo al TG, CE, CG y FSG como los caracteres cualitativos más discriminantes, y al NH, DME, DR, DAM, DM, NHT, PG, AG y GG como los cuantitativos más discriminantes. Tomando en cuenta que todos los descriptores evaluados son importantes para la correcta agrupación de las accesiones de acuerdo con las razas. Con respecto al análisis de la variabilidad y estructura genética, se identificaron 30873 SNP, los cuales después del filtrado con datos faltantes al 5% en los SNPs, al 20% en los genotipos y con MAF al 10%, se retuvieron 15486 SNPs, los que se emplearon para la caracterización molecular. Índices de diversidad como GD, Ho, PIC y MAF, resultaron con medias de 0.38, 0.31, 0.3 y 0.28 respectivamente, evidenciando la presencia de variabilidad genética molecular en las accesiones. En cuanto a la estructura genética, los tres métodos de agrupación STR, PCA, distancia genética euclidiana/UPGMA que fueron utilizados mostraron cierto nivel de concordancia en el reconocimiento de los grupos por origen y raza. El AMOVA y el índice de Fst, evidenció la baja diferenciación entre los grupos de STR, por origen y raza, así como la presencia de un gran número de genotipos heterocigotos y la alta variabilidad que reside dentro y entre las accesiones.

The 120 accessions of the Paro, Chullpi, and Piscorunto races evaluated in this study exhibit a wide range of morphological variability. In a basic descriptive analysis, several states in the qualitative characteristics were identified that had not been previously reported in the literature. Based on the comparison of the medians of quantitative traits using the Wilcoxon-Mann-Whitney test, it was observed that there are significant differences between the medians of the three races. This implies that it has been possible to morphologically characterize each of the races. From a hierarchical multivariate approach, it was found that using the Gower distance combined with the WARD grouping, which resulted in a cophenetic correlation coefficient of 0.833, allowed for the grouping of accessions based on race. There were no duplicates present but five accessions were found to be in a different racial group. Using a hierarchical approach based on principal components, duplicates were evident when performing the HCPC with FAMD as a basis. This method effectively grouped the accessions by race. By applying different forms of principal components (CP) analysis, it was deduced that utilizing both quantitative and qualitative traits enables a more accurate grouping of accessions. Additionally, from the CP analysis, TG, CE, CG, and FSG were identified as the most discriminating qualitative characters, while NH, DME, DR, DAM, DM, NHT, PG, AG, and GG were identified as the most discriminating quantitative characters. Considering that all the descriptors evaluated are crucial for accurately grouping accessions by race. Regarding the analysis of variability and genetic structure, 30,873 SNPs were identified. After filtering out data with missing values at 5% in the SNPs, 20% in the genotypes, and with a Minor Allele Frequency (MAF) of 10%, 15,486 SNPs were retained for molecular characterization. Diversity indices such as GD, Ho, PIC, and MAF resulted in means of 0.38, 0.31, 0.3, and 0.28, respectively, evidencing the presence of molecular genetic variability in the accessions. Regarding the genetic structure, the three grouping methods - STR, PCA, and Euclidean genetic distance/UPGMA - that were used showed a certain level of agreement in identifying groups based on origin and race. The analysis of molecular variance (AMOVA) and the Fst index indicated low differentiation among the STR groups based on origin and race. Additionally, a significant number of heterozygous genotypes were observed, highlighting the high variability within and between accessions.