Genetic Tracing of Jatropha

Jatropha curcas L. (Jatropha), a shrub species of the family Euphorbiaceae, has been recognized as a promising biofuel plant for reducing greenhouse gas emissions. However, recent attempts at commercial cultivation in Africa and Asia have failed because of low productivity. It is important to elucidate genetic diversity and relationship in worldwide Jatropha genetic resources for breeding of better commercial cultivars. Here, genetic diversity was analyzed by using 246 accessions from Mesoamerica, Africa and Asia, based on 59 simple sequence repeat markers and eight retrotransposon-based insertion polymorphism markers. We found that central Chiapas of Mexico possesses the most diverse genetic resources, and the Chiapas Central Depression could be the center of origin. We identified three genetic groups in Mesoamerica, whose distribution revealed a distinct geographic cline. One of them consists mainly of accessions from central Chiapas. This suggests that it represents the original genetic group. We found two Veracruz accessions in another group, whose ancestors might be shipped from Port of Veracruz to the Old World, to be the source of all African and Asian Jatropha. Our results suggest the human selection that caused low productivity in Africa and Asia, and also breeding strategies to improve African and Asian Jatropha. Cultivars improved in the productivity will contribute to expand mass commercial cultivation of Jatropha in Africa and Asia to increase biofuel production, and finally will support in the battle against the climate change

Genetic tracing of Jatropha curcas L. From its mesoamerican origin to the world

Jatropha curcas L. (Jatropha), a shrub species of the family Euphorbiaceae, has been recognized as a promising biofuel plant for reducing greenhouse gas emissions. However, recent attempts at commercial cultivation in Africa and Asia have failed because of low productivity. It is important to elucidate genetic diversity and relationship in worldwide Jatropha genetic resources for breeding of better commercial cultivars. Here, genetic diversity was analyzed by using 246 accessions from Mesoamerica, Africa and Asia, based on 59 simple sequence repeat markers and eight retrotransposonbased insertion polymorphism markers. We found that central Chiapas of Mexico possesses the most diverse genetic resources, and the Chiapas Central Depression could be the center of origin. We identified three genetic groups in Mesoamerica, whose distribution revealed a distinct geographic cline. One of them consists mainly of accessions from central Chiapas. This suggests that it represents the original genetic group. We found two Veracruz accessions in another group, whose ancestors might be shipped from Port of Veracruz to the Old World, to be the source of all African and Asian Jatropha. Our results suggest the human selection that caused low productivity in Africa and Asia, and also breeding strategies to improve African and Asian Jatropha. Cultivars improved in the productivity will contribute to expand mass commercial cultivation of Jatropha in Africa and Asia to increase biofuel production, and finally will support in the battle against the climate change.Li H, Tsuchimoto S, Harada K, Yamasaki M, Sakai H, Wada N, Alipour A, Sasai T, Tsunekawa A,Tsujimoto H, Ando T, Tomemori H, Sato S, Hirakawa H, Quintero VP, Zamarripa A, Santos P, Hegazy A, Ali AM and Fukui K (2017) GeneticTracing of Jatropha curcas L. from Its Mesoamerican Origin to the World. Front. Plant Sci. 8:1539.doi: 10.3389/fpls.2017.01539

Diferenciación entre razas ovinas autóctonas y foráneas aplicando secuencias microsatélites

Sobre la base del análisis de secuencias de tipo microsatélite, se ha realizado un estudio de asignación individual, partiendo de dos razas de ganado ovino de interés económico en la Comunidad de Castilla y León (Churra y Castellana) y dos razas foráneas (Awassi y Lacaune). Se han utilizado 18 microsatélites, que se han analizado en un promedio de 45 individuos de cada raza. A partir de las frecuencias génicas obtenidas para las cuatro razas, se han estimado las correspondientes a las poblaciones F1 procedentes de los cruzamientos entre razas autóctonas y foráneas. Los resultados obtenidos con los 18 marcadores simultáneamente, demuestran una buena efectividad en la asignación de los individuos procedentes de las razas puras, ya que la asignación a su raza originaria es la correcta en un porcentaje que varía entre el 97,6 p.100 en el caso de la raza Castellana y un 99,98 p.100 si el animal procedía de la Awassi. En el caso de las poblaciones cruzadas, la eficiencia es globalmente menor, tomando como valores extremos 90,3 p.100 en la F1 Lacaune-Churra y una asignación correcta del 98,6 p.100 para el caso Awassi-Castellana. Por lo que se refiere a la utilidad de cada marcador individual, ésta se mostró muy variable en función de las frecuencias alhelí as en cada una de las razas. En general, los resultados indican que, para obtener una asignación realmente eficiente, el número de marcadores a utilizar debe ser bastante elevado, probablemente cercano a 20. No obstante, en casos muy concretos, donde se sospeche la existencia de cruzamientos específicos y conociendo con anterioridad las frecuencias génicas de los marcadores, se podría diseñar un sistema eficaz con un número menor

Variabilidad genética en razas bovinas españolas mediante el análisis de polimorfismos bioquímicos y de ADN

Se analizó lavariabil¡dad genética de 13 sistemas bioquímicos y cuatro polimorfismos de ADN en cinco poblaciones bovinas, correspondientes a tres razas autóctonas españolas y la raza Parda. Las razas españolas consideradas fueron las siguientes: Morucha, Sayaguesa y Avileña-Negra Ibérica, estando esta última representada por dos poblaciones. Los marcadores analizados fueron los siguientes: hemoglobina beta, enzima málico soluble, catalasa, anhidrasa carbónica, purina nueleósido fosforilasa, NADH diaforasa 1, malato deshidrogenasa, ceruloplasmina, amilasa 1, albúmina, proteína GC, transferrina, post-transferrina2, caseina alfa S1, lactoglobulina beta, caseína kappa y hormona del crecimiento. Se realizó una comparación de las frecuencias génicas obtenidas para cada población, siendo de destacar la detección en el sistema GCde la forma alélica GCc únicamente en una de las dos poblaciones de Avileña-Negra Ibérica. La tasa de heterocigosis media por locus no presentó grandes variaciones entre poblaciones, correspondiendo el valor más elevado a la raza Morucha el más pequeño a la Sayaguesa

Variabilidad genética en razas bovinas españolas mediante el análisis de polimorfismos bioquímicos y de ADN

Se analizó lavariabil¡dad genética de 13 sistemas bioquímicos y cuatro polimorfismos de ADN en cinco poblaciones bovinas, correspondientes a tres razas autóctonas españolas y la raza Parda. Las razas españolas consideradas fueron las siguientes: Morucha, Sayaguesa y Avileña-Negra Ibérica, estando esta última representada por dos poblaciones. Los marcadores analizados fueron los siguientes: hemoglobina beta, enzima málico soluble, catalasa, anhidrasa carbónica, purina nueleósido fosforilasa, NADH diaforasa 1, malato deshidrogenasa, ceruloplasmina, amilasa 1, albúmina, proteína GC, transferrina, post-transferrina2, caseina alfa S1, lactoglobulina beta, caseína kappa y hormona del crecimiento. Se realizó una comparación de las frecuencias génicas obtenidas para cada población, siendo de destacar la detección en el sistema GCde la forma alélica GCc únicamente en una de las dos poblaciones de Avileña-Negra Ibérica. La tasa de heterocigosis media por locus no presentó grandes variaciones entre poblaciones, correspondiendo el valor más elevado a la raza Morucha el más pequeño a la Sayaguesa

Diferenciación entre razas ovinas autóctonas y foráneas aplicando secuencias microsatélites

Sobre la base del análisis de secuencias de tipo microsatélite, se ha realizado un estudio de asignación individual, partiendo de dos razas de ganado ovino de interés económico en la Comunidad de Castilla y León (Churra y Castellana) y dos razas foráneas (Awassi y Lacaune). Se han utilizado 18 microsatélites, que se han analizado en un promedio de 45 individuos de cada raza. A partir de las frecuencias génicas obtenidas para las cuatro razas, se han estimado las correspondientes a las poblaciones F1 procedentes de los cruzamientos entre razas autóctonas y foráneas. Los resultados obtenidos con los 18 marcadores simultáneamente, demuestran una buena efectividad en la asignación de los individuos procedentes de las razas puras, ya que la asignación a su raza originaria es la correcta en un porcentaje que varía entre el 97,6 p.100 en el caso de la raza Castellana y un 99,98 p.100 si el animal procedía de la Awassi. En el caso de las poblaciones cruzadas, la eficiencia es globalmente menor, tomando como valores extremos 90,3 p.100 en la F1 Lacaune-Churra y una asignación correcta del 98,6 p.100 para el caso Awassi-Castellana. Por lo que se refiere a la utilidad de cada marcador individual, ésta se mostró muy variable en función de las frecuencias alhelí as en cada una de las razas. En general, los resultados indican que, para obtener una asignación realmente eficiente, el número de marcadores a utilizar debe ser bastante elevado, probablemente cercano a 20. No obstante, en casos muy concretos, donde se sospeche la existencia de cruzamientos específicos y conociendo con anterioridad las frecuencias génicas de los marcadores, se podría diseñar un sistema eficaz con un número menor

Study of the genetic structure of a population of churra sheep for some blood polimophisms

Se realiza una estimación de la variabilidad genética de una población ovina de raza Churra compuesta por 255 animales mediante el análisis electroforético de los siguientes sistemas genéticos sanguíneos: hemoglobina, enzima málico, NADH- diaforasa, purina nucleósido fosforilasa, anhidrasa carbónica, transferrina, albúmina y arilesterasa. Todos los loci analizados resultaron polimórficos. No se encontró desviación significativa de la población del equilibrio Hardy-Weinberg. Los valores obtenidos de la heterocigosis por locus fueron variables, resultando una tasa de heterocigosis media en la población H = 0,350 ± 0,069.The genetic variability of a population of Churra sheep with 255 animals is estimated through the electrophoretic analysis of the following genetic blood systems: haemoglobin, malic enzime, NADH-diaphorase, nucleoside phosphorylase, carbonic anhydrase, transferrin, albumin and arylesterase. All the studied loci showed polimorphism. No significant deviation from Hardy-Weinberg equilibrium was found. The values obtained of the heterozygosity per locus were variable and the heterozygosis average calculated was H = 0,350 ± 0,069

Domain shuffling between Vip3Aa and Vip3Ca: chimera stability and insecticidal activity against European, American, African, and Asian pests

The bacterium Bacillus thuringiensis produces insecticidal Vip3 proteins during the vegetative growth phase with activity against several lepidopteran pests. To date, three different Vip3 protein families have been identified based on sequence identity: Vip3A, Vip3B, and Vip3C. In this study, we report the construction of chimeras by exchanging domains between Vip3Aa and Vip3Ca, two proteins with marked specificity differences against lepidopteran pests. We found that some domain combinations made proteins insoluble or prone to degradation by trypsin as most abundant insect gut protease. The soluble and trypsin-stable chimeras, along with the parental proteins Vip3Aa and Vip3Ca, were tested against lepidopteran pests from different continents: Spodoptera exigua, Spodoptera littoralis, Spodoptera frugiperda, Helicoverpa armigera, Mamestra brassicae, Anticarsia gemmatalis, and Ostrinia furnacalis. The exchange of the Nt domain (188 N-terminal amino acids) had little effect on the stability and toxicity (equal or slightly lower) of the resulting chimeric protein against all insects except for S. frugiperda, for which the chimera with the Nt domain from Vip3Aa and the rest of the protein from Vip3Ca showed a significant increase in toxicity compared to the parental Vip3Ca. Chimeras with the C-terminal domain from Vip3Aa (from amino acid 510 of Vip3Aa to the Ct) with the central domain of Vip3Ca (amino acids 189–509 based on the Vip3Aa sequence) made proteins that could not be solubilized. Finally, the chimera including the Ct domain of Vip3Ca and the Nt and central domain from Vip3Aa was unstable. Importantly, an insect species tolerant to Vip3Aa but susceptible to Vip3Ca, such as Ostrinia furnacalis, was also susceptible to chimeras maintaining the Ct domain from Vip3Ca, in agreement with the hypothesis that the Ct region of the protein is the one conferring specificity to Vip3 proteins.This research was supported to JF by the Spanish Ministry of Economy and Competitivity (Grants Ref. AGL2015‐70584‐C02‐1‐R and RTI2018‐095204‐B‐C21), by the Generalitat Valenciana (GVPROMETEOII‐2015‐ 001), and by European FEDER funds. JGC was recipient of a PhD grant from the Spanish Ministry of Economy and Competitivity (grant ref. BES‐2013‐065848 and EEBB‐I‐17‐12367). Support was also provided to JLJ‐F by an Agriculture and Food Research Initiative Foundational Program competitive grant (No. 2018‐67013‐27820) from the USDA National Institute of Food and Agriculture, and to KH by a grant 'Key Project for Breeding Genetically Modified Organisms' from China (grant ref. 2016ZX08003‐001)

Effects of Water Regime, Genotype, and Formative Stages on the Agro-Physiological Response of Sugarcane (Saccharum officinarum L.) to Drought

Drought during the formative stages of a plant’s growth triggers a sequence of responses to maintain optimal growing conditions, but often at the expense of crop productivity. Two field experiments were conducted to determine the effect of drought on 10 high-yielding sugarcane genotypes at two formative stages (the tillering stage (TS) and stalk elongation (SS)), within 30 days after treatment imposition. The experiments followed a split-plot in a randomized complete block design with three replicates per genotype. Agro-physiological responses to drought were observed to compare the differences in the response of sugarcane during the two formative stages. Drought significantly reduced total chlorophyll content (Chl) and stomatal conductance (Gs) for both formative stages, while significantly increasing total scavenging activity (AOA) and electrolyte leakage (EC). A higher level of Chl was observed in the stalk elongation stage compared to the tillering stage; however, lower AOA coupled with higher EC in the stalk elongation stage suggests higher drought susceptibility. Pearson\u27s correlation analysis revealed a stronger correlation between plant height, internode length, Chl, AOA, EC, and Gs at the tillering stage relative to the stalk elongation stage. Moreover, results from the multivariate analysis indicate the different contribution values of each parameter, supplementing the hypothesized difference in response between the two formative stages. Multivariate analysis clustered the 10 genotypes into groups based on the traits evaluated, suggesting the ability of these traits to detect differences in a sample population. The observed relationship among traits during the two formative stages of sugarcane will be significant in screening and identifying drought-susceptible and drought-tolerant genotypes for variety development studies