Genética molecular de populações de Alternaria solani no Brasil

Abstract

A determinação da estrutura genética da população de Alternaria solani é um componente importante para estudos de epidemiologia molecular da pinta preta da batateira (Ba) e tomateiro (To). Coletaram-se isolados de AS nas regiões Nordeste, Centro-Oeste, Sudeste e Sul do Brasil. Inicialmente, utilizaram-se os marcadores AFLP e RAPD para estimar a diversidade genética. Obtiveram-se 123 haplótipos com 62 locos, a partir da combinação de marcadores AFLP e RAPD (92% polimorfismo). A frequência de alelos nas duas populações de AS (em Ba e To) variou de 0,015 (RAPD45) a 1,000 (RAPD47, RAPD56, RAPD57, RAPD59, RAPD61, RAPD62). A estimativa teta (&#1256;) e o valor médio de Gst foram 0,29 (P= 0,001) e 0,18, respectivamente. No entanto, houve maior variação genética dentro (70,6%) do que entre (29,4%) populações. Na análise de agrupamento, detectaram-se haplótipos associados com Ba. A diversidade gênica (h) da população AS foi 0,36 ( ± 0,38). Os valores da diversidade genotípica quantificados pelos índices de Shannon-Wiener (H') e Stoddart & Taylor's G para as populações Ba e To foram, 1,01 e 1,00, 0,99 e 0,98, respectivamente. Não houve evidência de recombinação (IA = 7,25, P<0,001). Os mecanismos evolutivos foram parametrizados a partir de análises de genealogia de genes por processos coalescentes. Utilizaram-se seqüências parciais dos genes Alt a 1 (471 pb) e gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (Gpd) (584 pb), e a região dos espaçador interno transcrito do rDNA (ITS) (578 pb) para estimar a diversidade molecular e análises de coalescência. Seqüências de Alt a 1, Gpd (584 bp) e ITS foram obtidas para 111, 110 e 104 isolados, respectivamente. Maior número de sítios parcimônios informativos (14), diversidade de nucleotídeos (0,007) e número médio de diferenças de nucleotídeos (3,202) foi registrado para Alt a 1. Apesar de o maior número de haplótipos (7) ter sido registrado para ITS, a diversidade de haplótipos (0,15) foi a mais baixa. Detectou-se diferenciação genética entre populações AS na análise do loco Alt a 1. Eventos de recombinação não foram detectados. Não há evidência de subdivisão geográfica, e o fluxo gênico está ocorrendo entre populações de AS de Ba e To. Conduziram-se análises filogenéticas a partir das seqüências Alt a 1, Gpd, e ITS. Além disso, o marcador RAPD foi combinado com as seqüências Alt a 1 e Gpd em análises de parcimônia. Detectou-se associação de AS com Ba e To nas análises dos locos Alt a 1 e Gpd com valores significativos de bootstrap (>70) e de probabilidade Bayesiana a posteriori (>95). Apesar da incongruência entre o conjunto de dados concatenados (Alt a 1, Gpd e RAPD) (P=0,01), estimaram-se valores positivos de Suporte de Bremer para um nó que agrupou linhagens AS associadas com Ba e To. Concluiu-se haver evidências de linhagens clonais do fitopatógeno associadas a plantas hospedeiras, e que o fluxo gênico e a mutação são os principais mecanismos evolutivos que atuam nas populações de A. solani no Brasil.

The analysis of the genetic structure of the population of Alternaria solani is an important component of the molecular epidemiology potato (Po) and tomato (To) early blight. Isolates were sampled from the Northeast, Central-West, Southeast, and South regions of Brazil. AFLP and RAPD markers were used to estimate genetic diversity. A multilocus combined dataset using AFLP and RAPD matrices generated 123 AS haplotypes with 62 loci (92% polymorphism). The allele frequency for AS populations from To and Po ranged from 0.015 (RAPD45) to 1.000 (RAPD47, RAPD56, RAPD57, RAPD59, RAPD61, RAPD62). The theta estimate (&#1256;) and the Gst average values were 0.29 (P= 0.001), and 0.18, respectively. However, there was greater genetic variation within (70.6%) than between (29.4%) AS populations. There was evidence of AS haplotypes associated with Po. High gene diversity was detected over all AS population (h=0.36, S.D. ± 0.38). The genotypic diversity measured by both Shannon-Wiener (H') and Stoddart & Taylor's G for Po and To populations were 1.01 and 1.00, and 0.99 and 0.98, respectively. There was no evidence of recombination (IA = 7.24728, P<0.001). In addition, gene genealogies based on the coalescent process were used to infer about evolutionary mechanisms. Sequences of the Alt a 1 and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (Gpd) genes, and rDNA internal transcribed spacer region (ITS) were used to assess molecular diversity and for the coalescent analyses. Sequences from 111, 110, and 104 isolates were obtained for the Alt a 1 (471 bp) and Gpd (584 bp) genes, and for the ITS region (578 bp), respectively. The highest number of parsimony informative sites (14), nucleotide diversity (0.007) and the average number of nucleotide differences (3.202) were obtained for Alt a 1. Although the highest number of haplotypes (7) was generated for ITS, haplotype diversity was the lowest (0.15) for this region. The genetic differentiation between AS populations was detected for Alt a 1 sequences. Recombination was not detected, however, subdivision and recent divergence time were inferred from populations associated with hosts. There is no evidence of geographic subdivision, and gene flow is occurring among AS populations. Phylogenetic analyses were conducted using Alt a 1, Gpd, and ITS sequences. In addition, RAPD marker was combined with Alt a 1 and Gpd sequences for parsimony analysis. Association of AS with Po and To was detected when analyzing Alt a 1 and Gpd loci with significant bootstrap (>70) and Bayesian Posterior Probability (>95) values. Despite significant incongruence for the combined dataset (P=0.01), positive values of Partitioned Bremer Support were obtained for a node which clustered AS lineages associated with potato and tomato plants. Thus, there was evidence of pathogen clonal lineages associated with hosts. Gene flow and mutation are the main evolutionary mechanisms affecting AS population.