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Scoprire la Diversità Genetica dei Cetrioli

Uno studio esamina la varietà genetica dei cetrioli in tutto il mondo, mettendo in evidenza regioni meno conosciute.

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I cetrioli sono uno delle verdure più popolari in giro per il mondo. Ogni anno, vengono coltivati e consumati milioni di tonnellate di cetrioli. Quelli che mangiamo oggi hanno radici che risalgono a circa 3.000 anni fa nella regione himalayana, dove è stata coltivata per la prima volta una versione selvatica del cetriolo. Questo cetriolo selvatico produceva frutti piccoli e amari. Col tempo, i cetrioli si sono diffusi dalle loro origini in Asia meridionale in diverse parti del mondo, compresa Europa, Africa e Americhe.

La storia dei cetrioli mostra che hanno viaggiato in molte direzioni. Sono arrivati in Europa già nel X secolo tramite diverse rotte, sia via terra che mare. I cetrioli sono stati introdotti nel nord della Cina attraverso la Via della Seta circa 2.000 anni fa, anche se non si sa molto di come siano arrivati nel sud della Cina e nel sud-est asiatico.

Lo Studio dei Cetrioli

I ricercatori hanno esaminato le differenze genetiche dei cetrioli, principalmente usando collezioni di semi provenienti da varie regioni. I primi studi utilizzavano metodi più vecchi per esaminare la Diversità genetica, che rivelavano una diversità limitata. Tuttavia, metodi più recenti e tecnologia avanzata hanno scoperto una diversità molto maggiore.

Uno studio importante ha coinvolto più di 3.000 campioni di cetriolo, portando a una migliore comprensione della composizione genetica dei cetrioli provenienti da diverse aree. I ricercatori hanno trovato tre gruppi principali di cetrioli che corrispondono a regioni geografiche: Asia orientale, aree a ovest dell'India e Asia meridionale.

Nonostante questi studi, c'è stata meno attenzione sui cetrioli del sud-est asiatico. La maggior parte delle collezioni genetiche ha molto pochi campioni da quell'area, sollevando preoccupazioni che importanti variazioni genetiche possano essere state trascurate.

Per colmare questa lacuna, i ricercatori si sono rivolti a una banca genetica giapponese, che possiede campioni di cetriolo da diversi paesi del sud-est asiatico. Questo potrebbe aiutare a tracciare come i cetrioli si siano diffusi verso est e a capire meglio la loro diversità genetica.

Metodi di Ricerca

In questo studio, i ricercatori hanno analizzato 723 campioni di cetriolo utilizzando un metodo chiamato genotipizzazione tramite sequenziamento (GBS). Questa tecnica consente di dare un'occhiata dettagliata alle differenze genetiche in una vasta gamma di campioni. L'analisi ha rivelato quattro gruppi genetici principali, ciascuno legato alla provenienza. I ricercatori hanno anche notato differenze nei tratti fisici tra questi gruppi che potrebbero riguardare come sono stati selezionati per la coltivazione.

All'interno del gruppo dell'Asia orientale, sono stati identificati due sottogruppi, riflettendo i tipi tradizionali del Nord e del Sud della Cina in base alle caratteristiche dei frutti. Questa classificazione è stata confermata attraverso analisi genetiche e osservazioni dei tratti, mostrando che specifici tratti corrispondevano alle differenze attese tra questi due tipi di cetriolo.

Materiali Vegetali

Lo studio ha utilizzato un totale di 723 campioni di cetriolo, per lo più dal centro risorse giapponese. Questi campioni provenivano da varie parti del mondo, comprese Asia orientale, Europa, sud-est asiatico, Asia meridionale, Americhe e altro. I materiali includevano sia cetrioli coltivati che un parente selvatico.

Processo di Sequenziamento

I ricercatori hanno preparato i campioni di cetriolo per il sequenziamento estraendo il DNA dalle foglie. Hanno utilizzato metodi speciali per tagliare il DNA in pezzi più piccoli, aggiunto etichette identificative e amplificato i campioni per creare una libreria per il sequenziamento. Questa libreria è poi stata sequenziata usando tecnologia avanzata che ha generato milioni di letture di dati genetici.

I ricercatori hanno ordinato queste letture per abbinare le etichette di identificazione dei campioni e pulito i dati rimuovendo sezioni di bassa qualità. Hanno poi identificato variazioni genetiche note come polimorfismi a singolo nucleotide (SNP) tra i campioni di cetriolo.

Analisi Genetica

Utilizzando i dati genetici filtrati, i ricercatori hanno analizzato le relazioni tra i diversi campioni di cetriolo. Hanno creato un albero filogenetico che mostrava quanto fossero strettamente correlati i diversi campioni in base alle loro informazioni genetiche. Questo albero ha confermato che le relazioni genetiche corrispondono alle posizioni geografiche da cui sono stati prelevati i cetrioli.

È stata condotta un'analisi della struttura della Popolazione per vedere come i campioni si raggruppavano in gruppi distinti. I ricercatori hanno scoperto che i cetrioli provenienti dall'Asia orientale, dall'Asia meridionale e dalle aree a ovest dell'India formavano chiare popolazioni genetiche.

Dati Fenotipici

Per comprendere meglio come le differenze genetiche siano correlate ai tratti fisici, i ricercatori hanno analizzato 12 tratti specifici come la lunghezza del frutto, il diametro, la lunghezza dei semi e altre caratteristiche raccolte da vari esperimenti di coltivazione. Questi dati hanno fornito spunti su come i diversi gruppi genetici variassero nelle loro caratteristiche fisiche.

Selezione della Collezione Nucleare

Una collezione nucleare serve come un gruppo più piccolo e gestibile di campioni che rappresenta comunque la diversità più ampia dell'intera collezione. I ricercatori hanno selezionato una collezione nucleare di 100 accessioni di cetriolo che catturano la maggior parte della diversità genetica trovata nel set completo. Questa collezione nucleare include accessioni con tratti unici e importanza storica.

Risultati sulla Diversità Genetica

Lo studio ha trovato che la diversità genetica tra le popolazioni di cetrioli variava significativamente. La massima diversità è stata trovata nel gruppo principalmente proveniente dall'Asia meridionale. Le popolazioni più localizzate nell'Asia orientale e nel sud-est asiatico mostrano meno diversità, probabilmente a causa delle pratiche di allevamento selettivo in quelle aree.

Classificazione Tradizionale dei Cetrioli dell'Asia Orientale

In Asia orientale, i cetrioli sono tradizionalmente classificati in due tipi principali: Cina del Nord e Cina del Sud. Lo studio ha confermato differenze tra questi due tipi attraverso l'analisi genetica. Le accessioni che rappresentano questi tipi mostrano tratti distintivi come il colore della buccia del frutto e le caratteristiche delle spine.

Sviluppo della Collezione Nucleare Mondiale di Cetrioli

La collezione nucleare sviluppata in questo studio è ora disponibile per i ricercatori di tutto il mondo. Questa collezione rappresenta una parte significativa della diversità dei cetrioli e include campioni resistenti a varie malattie. Il design della collezione rende più facile lo studio e l'uso per scopi di allevamento, garantendo una gestione efficiente delle risorse genetiche dei cetrioli.

Conclusione

Questo studio mette in evidenza l'importanza di comprendere la diversità genetica dei cetrioli e come si relaziona alle loro origini geografiche. Sottolinea anche la necessità di includere regioni meno studiate come il sud-est asiatico per apprezzare appieno la diversità e la storia di questa verdura popolare. La collezione nucleare creata serve come una risorsa preziosa per future ricerche e sforzi di allevamento. I ricercatori possono ora esplorare meglio il panorama Genetico dei cetrioli e utilizzare tali informazioni per migliorare le varietà per vari usi.

Informazioni di Supporto

Sono forniti ulteriori tabelle e figure a supporto dei risultati di questo studio, incluse informazioni su specifiche accessioni, le loro origini e dati sui tratti analizzati. Questi materiali supplementari aiutano a chiarire le relazioni genetiche e i tratti fenotipici osservati tra le popolazioni di cetrioli studiate.

Fonte originale

Titolo: Genetic characterization of cucumber genetic resources in the NARO Genebank indicates their multiple dispersal trajectories to the East

Estratto: The cucumber (Cucumis sativus) is an economically important vegetable crop cultivated and consumed worldwide. Despite its popularity, the manner in which cucumbers were dispersed from their origin in South Asia to the rest of the world, particularly to the east, remains a mystery due to the lack of written records. In this study, we performed genotyping-by-sequencing (GBS) on 723 worldwide cucumber accessions, mainly deposited in the Japanese National Agriculture and Food Research Organization (NARO) Genebank, to characterize their genetic diversity, relationships, and population structure. Analyses based on over 60,000 genome-wide single-nucleotide polymorphisms identified by GBS revealed clear genetic differentiation between Southeast and East Asian populations, suggesting that they reached their respective region independently, not progressively. A deeper investigation of the East Asian population identified two subpopulations with different fruit characteristics, supporting the traditional classification of East Asian cucumbers into two types thought to have been introduced by independent routes. Finally, we developed a core collection of 100 accessions representing at least 93.2% of the genetic diversity present in the entire collection. The genetic relationships and population structure, their associations with geographic distribution and phenotypic traits, and the core collection presented in this study are valuable resources for elucidating the dispersal history and promoting the efficient use and management of genetic resources for research and breeding in cucumber. Key messageGenotyping-by-sequencing of 723 worldwide cucumber genetic resources revealed that cucumbers were dispersed eastward via at least three distinct routes, one to Southeast Asia and two from different directions to East Asia.

Autori: Kenji Kato, G. Shigita, K. Shimomura, D. P. Tran, N. P. Haque, T. T. Duong, O. N. Imoh, Y. Monden, H. Nishida, K. Tanaka, M. Sugiyama, Y. Kawazu, N. Tomooka

Ultimo aggiornamento: 2024-04-30 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.28.591496

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.28.591496.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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