Morphological and molecular characterization of an Elaeis oleifera (H.B.K) Cortes germplasm collection located in Ucayali, Peru

Abstract

The African oil palm (Elaeis guineensis Jacq) is a crop that is widely distributed in tropical regions around the world; however, this crop is subject to limitations such as rapid trunk growth and susceptibility to bud rot and red ring diseases particularly in South America. To overcome these limitations, national breeding and conservation programs have been established, and there is a need to identify parental palms from natural populations of the American oil palm (E. oleifera H.B.K. Cortes) with desirable yield and morphological traits (i.e., yield production and bunch number) and with high genetic diversity. However, in Peru the morphological and genetic data related to this important crop is limited. In this study, we characterized the morphological and yield and estimated the genetic diversity using 12 neutral microsatellite markers (simple sequence repeats, SSRs) across 72 oil palm individuals belonging to the E. oleifera germplasm collection located in the tropical region of Ucayali, Peru. Our results showed that morphological and yield traits explained approximately 40.39% of the variability within the Peruvian germplasm. Furthermore, Yield Production was highly correlated with two yield traits: Bunch Number (0.67) and Average weight per bunch (0.78). Based on the yield and morphological traits, a clustering analysis was performed and three phenotypic groups were identified (1, 2 and 3) in which groups 1 and 3 showed high scores associated primarily with yield traits. Microsatellite markers revealed 143 alleles, 11.92 ± 4.72 alleles per locus (A) and an expected heterozygosity (He) of 0.69 ± 0.045. A structural analysis identified three populations (k = 3), that were not related to the phenotypic groups. Interestingly, a multiple allele background was identified within the groups using multilocus and phylogenetic relationship analyses. This is the first Peruvian report regarding E. oleifera that shows preliminary data of the morphological and yield traits and genetic data, and highlight the importance of this information to set up future steps to national breeding strategies and improve the conservation of genetic material of E. oleifera. Overall, these novel findings could contribute to the development of the local oil palm industry in Peru.

La palma aceitera africana (Elaeis guineensis Jacq) es un cultivo ampliamente distribuido en regiones tropicales de todo el mundo; sin embargo, este cultivo está sujeto a limitaciones tales como el rápido crecimiento del tronco y la susceptibilidad a la pudrición del cogollo y a las enfermedades del anillo rojo, particularmente en Sudamérica. Para superar estas limitaciones, se han establecido programas nacionales de mejoramiento genético y conservación, y existe la necesidad de identificar palmas parentales de poblaciones naturales de la palma aceitera americana (E. oleifera H.B.K. Cortes) con rasgos morfológicos y de rendimiento deseables (i.e., producción y número de racimos) y con alta diversidad genética. Sin embargo, en Perú los datos morfológicos y genéticos relacionados con este importante cultivo son limitados. En este estudio, se caracterizaron los caracteres morfológicos y de rendimiento y se estimó la diversidad genética utilizando 12 marcadores microsatélites neutros (repeticiones simples de secuencia, SSRs) en 72 individuos de palma aceitera pertenecientes a la colección de germoplasma de E. oleifera localizada en la región tropical de Ucayali, Perú. Nuestros resultados mostraron que los rasgos morfológicos y de rendimiento explicaron aproximadamente el 40.39% de la variabilidad dentro del germoplasma peruano. Además, la Producción de Rendimiento estuvo altamente correlacionada con dos rasgos de rendimiento: Número de racimos (0.67) y Peso promedio por racimo (0.78). En base a los rasgos de producción y morfológicos, se realizó un análisis de agrupamiento y se identificaron tres grupos fenotípicos (1, 2 y 3) en los cuales los grupos 1 y 3 mostraron altos puntajes asociados principalmente con rasgos de producción. Los marcadores de microsatélites revelaron 143 alelos, 11,92 ± 4,72 alelos por locus (A) y una heterocigosidad esperada (He) de 0,69 ± 0,045. Un análisis estructural identificó tres poblaciones (k = 3), que no estaban relacionadas con los grupos fenotípicos. Curiosamente, se identificó un trasfondo alélico múltiple dentro de los grupos utilizando análisis multilocus y de relación filogenética. Este es el primer reporte peruano con respecto a E. oleifera que muestra datos preliminares de los rasgos morfológicos y de rendimiento y datos genéticos, y resaltan la importancia de esta información para establecer futuros pasos a las estrategias nacionales de mejoramiento genético y mejorar la conservación del material genético de E. oleifera. En general, estos novedosos hallazgos podrían contribuir al desarrollo de la industria local de palma aceitera en Perú.