Assessment of the genetic diversity of Puerto Rican sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam.)

Abstract

Sweet potato (Ipomoea batatas L.) is the seventh most important food crop after maize, wheat, rice, barley, potato and cassava. Due to its many agricultural advantages, such as adaptability to different environmental conditions and its nutritional value, research focuses of sweet potato are increasing. Because the genetic diversity of sweet potato in Puerto Rico is poorly understood, there is a need to assess its diversity, especially among sweet potatoes cultivated by farmers in the island. A total of 137 samples of unknown origin from around the island were collected. This collection as well as 8 accessions from the Puerto Rican germplasm collection plus 8 accessions from the National Repository in Griffin GA, were subjected to a genetic diversity analysis with 23 SSR markers using an fluorescent PCR technique. The results of the analysis of the 23 loci showed a total of 205 alleles in the 155 samples, ranging from 2 to 20 alleles per locus with an average of 8.9 alleles per loci. Overall average observed heterozygosity (Ho) was high across populations with a value of 0.637 while measurements of total heterozygosity (Ht) revealed a large genetic diversity throughout the populations with a value of 0.731. The heterozygosity within populations (Hs) was 0.694 revealing high levels of genetic diversity in the populations. From the UPGMA clustering method two main clusters were depicted. Cluster I contained 19 unknown accessions from across the island while cluster II had the majority of unknown samples as well as the known accessions from PR and GA. Cluster II was subdivided into 4 smaller sub-clusters. In Sub-cluster 1 we had the majority of known samples, they clustered very closely together. Sub-cluster 2 samples from across the island grouped together and most samples were white fleshed accessions. Interestingly, two accessions in sub-cluster 3 were identified as clones (11W, 17W), both from the West but differing in flesh color. We can conclude that there is in fact a high level of genetic diversity across the island which can be related to genetic makeup of sweet potato, the ability of dispersal of a vegetatively propagated crop, human intervention and the outcrossing nature of sweet potato. High levels of diversity found in Puerto Rico and the history of domestication and dispersal of sweet potato turn this crop into an extremely valuable resource that needs to be protected and further studied.

La batata (Ipomoea batatas L.) es el séptimo cultivo más importante después del maíz, trigo, cebada, papas arroz y yuca. Gracias a sus características y ventajas agrícolas, tales como la capacidad de adaptación a diferentes condiciones ambientales y su valor nutricional, la batata se ha convertido en foco de investigación. En Puerto Rico la batata y su variabilidad genética son desconocidas y hay una necesidad de evaluar la diversidad cultivada por los agricultores de la isla. Un total de 155 muestras de origen desconocido de alrededor de la isla fueron adquiridas. Esta colección compuesta de muestras desconocidas, así como 8 accesiones de la colección puertorriqueña y 8 del Depósito Nacional en Griffin GA, fueron sometidos a un análisis de la diversidad genética. Este trabajo conto con 23 marcadores moleculares o “SSR” los cuales se utilizaron mediante una técnica de PCR con fluorescencia. Los resultados del análisis de los 23 loci ayudaron a descubrir un total de 205 alelos en las 155 muestras, estos alelos van desde 2 hasta 20 por locus con un promedio de 8,9 alelos por locus. En general la heterocigosidad observada promedio (Ho) fue alta en todas las poblaciones con un valor de 0.637 mientras que los valores de heterocigosidad total (Ht) revelaron una gran diversidad genética en a través toda la población, con un valor de 0.731. La heterocigosidad dentro de las poblaciones (Hs) fue de 0.694 revelando altos niveles de diversidad genética en las poblaciones. A partir del método de agrupamiento UPGMA dos grupos principales fueron representados. El grupo I contiene 19 accesiones desconocidas de alrededor de la isla, mientras que el grupo II contiene la mayoría de las muestras desconocidas, así como las variedades conocidas de PR y GA. Este grupo se subdivide en 4 subgrupos más pequeños. En el sub-grupo 1 podemos observar que la mayoría de las muestras conocidas se agrupan juntas. También podemos observar como 3 accesiones desconocidas se unen también a este subgrupo. En el subgrupo 2 la mayoría de las muestras poseen raíces con pulpa blanca, lo que podría explicar este suceso. Curiosamente, en el subgrupo 3, se identificaron dos accesiones que m ser clasificadas como clones (11W, 17W), ambas muestras del Oeste pero difiriendo en color de la pulpa de la raíz. Podemos concluir que realmente hay un alto nivel de diversidad genética a través de la isla. Esta diversidad puede estar relacionada con la composición genética de la batata, su capacidad de dispersión causada por el cultivo vegetativo de la misma, la intervención humana para escoger variedades mejores además de los altos niveles de cruzamiento que ocurren en la naturaleza. Los altos niveles de diversidad que encontrados en la isla, la historia de su domesticación y la dispersión de las batatas convierten este cultivo en un recurso muy valioso que debe ser protegido y estudiado más a fondo.