Population genetics structure of glyphosate-resistant Johnsongrass (Sorghum halepense L. Pers) does not support a single origin of the resistance

Abstract

Single sequence repeats (SSR) developed for Sorghum bicolor were used to characterize the genetic distance of 46 different Sorghum halepense (Johnsongrass) accessions from Argentina some of which have evolved toward glyphosate resistance. Since Johnsongrass is an allotetraploid and only one subgenome is homologous to cultivated sorghum, some SSR loci amplified up to two alleles while others (presumably more conserved loci) amplified up to four alleles. Twelve SSR providing information of 24 loci representative of Johnsongrass genome were selected for genetic distance characterization. All of them were highly polymorphic, which was evidenced by the number of different alleles found in the samples studied, in some of them up to 20. UPGMA and Mantel analysis showed that Johnsongrass glyphosate-resistant accessions that belong to different geographic regions do not share similar genetic backgrounds. In contrast, they show closer similarity to their neighboring susceptible counterparts. Discriminant Analysis of Principal Components using the clusters identified by K-means support the lack of a clear pattern of association among samples and resistance status or province of origin. Consequently, these results do not support a single genetic origin of glyphosate resistance. Nucleotide sequencing of the 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) encoding gene from glyphosate-resistant and susceptible accessions collected from different geographic origins showed that none presented expected mutations in aminoacid positions 101 and 106 which are diagnostic of target-site resistance mechanism.Fil: Fernández, Luis. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: de Haro, Luis Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: Distefano, Ana J.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Agrobiotecnología; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; ArgentinaFil: Martínez, María Carolina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Agrobiotecnología; ArgentinaFil: Lia, Verónica Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Agrobiotecnología; ArgentinaFil: Papa, Juan C.. Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Santa Fe. Estacion Experimental Agropecuaria Oliveros. Agencia de Extension Rural Arroyo Seco.; ArgentinaFil: Olea, Ignacio. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Tosto, Daniela Sandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Agrobiotecnología; ArgentinaFil: Hopp, Horacio Esteban. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Biotecnología; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular. Laboratorio de Agrobiotecnología; Argentin