Genetic diversity and population structure of Capirona (Calycophyllum spruceanum Benth.) from the Peruvian Amazon revealed by RAPD markers

Abstract

Capirona (Calycophyllum spruceanum Benth.) is a tree species of commercial importance widely distributed in South American forests that is traditionally used for its medicinal properties and wood quality. Studies on this tree species have been focused mainly on wood properties, propagation, and growth. However, genetic studies on capirona have been very limited to date. Currently, it is possible to explore genetic diversity and population structure in a fast and reliable manner by using molecular markers. We here used 10 random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers to analyze the genetic diversity and population structure of 59 samples of capirona that were sampled from four provinces located in the eastern region of the Peruvian amazon. A total of 186 bands were manually scored, generating a 59 × 186 presence/absence matrix. A dendrogram was generated using the UPGMA clustering algorithm, and, similar to the principal coordinate analysis (PCoA), it showed four groups that correspond to the geographic origin of the capirona samples (LBS, Irazola, Masisea, Iñapari). Similarly, a discriminant analysis of principal components (DAPC) and STRUCTURE analysis confirmed that capirona is grouped into four clusters. However, we also noticed that a few samples were intermingled. Genetic diversity estimation was conducted considering the four groups (populations) identified by STRUCTURE software. AMOVA revealed the greatest variation within populations (71.56%) and indicated that variability among populations is 28.44%. Population divergence (Fst) between clusters 1 and 4 revealed the highest genetic difference (0.269), and the lowest Fst was observed between clusters 3 and 4 (0.123). RAPD markers were successful and effective. However, more studies are needed, employing other molecular tools. To the best of our knowledge, this is the first investigation employing molecular markers in capirona in Peru considering its natural distribution, and as such it is hoped that this helps to pave the way towards its genetic improvement and the urgent sustainable management of forests in Peru.

La capirona (Calycophyllum spruceanum Benth.) es una especie arbórea de importancia comercial ampliamente distribuida en los bosques sudamericanos que se utiliza tradicionalmente por sus propiedades medicinales y la calidad de su madera. Los estudios sobre esta especie arbórea se han centrado principalmente en las propiedades de la madera, la propagación y el crecimiento. Sin embargo, los estudios genéticos sobre la capirona han sido muy limitados hasta la fecha. Actualmente, es posible explorar la diversidad genética y la estructura de la población de forma rápida y fiable mediante el uso de marcadores moleculares. Aquí utilizamos 10 marcadores de ADN polimórfico amplificado al azar (RAPD) para analizar la diversidad genética y la estructura poblacional de 59 muestras de capirona que fueron muestreadas en cuatro provincias ubicadas en la región oriental de la amazonía peruana. Un total de 186 bandas fueron puntuadas manualmente, generando una matriz de presencia/ausencia de 59 × 186. Se generó un dendrograma utilizando el algoritmo de agrupamiento UPGMA y, de manera similar al análisis de coordenadas principales (PCoA), mostró cuatro grupos que corresponden al origen geográfico de las muestras de capirona (LBS, Irazola, Masisea, Iñapari). Asimismo, un análisis discriminante de componentes principales (DAPC) y un análisis STRUCTURE confirmaron que la capirona se agrupa en cuatro clusters. Sin embargo, también se observó que algunas muestras estaban entremezcladas. La estimación de la diversidad genética se realizó teniendo en cuenta los cuatro grupos (poblaciones) identificados por el software STRUCTURE. El AMOVA reveló la mayor variación dentro de las poblaciones (71,56%) e indicó que la variabilidad entre las poblaciones es del 28,44%. La divergencia poblacional (Fst) entre los grupos 1 y 4 reveló la mayor diferencia genética (0,269), y la menor Fst se observó entre los grupos 3 y 4 (0,123). Los marcadores RAPD tuvieron éxito y fueron eficaces. Sin embargo, se necesitan más estudios que empleen otras herramientas moleculares. Hasta donde sabemos, esta es la primera investigación que emplea marcadores moleculares en capirona en el Perú considerando su distribución natural, por lo que se espera que esto ayude a allanar el camino hacia su mejoramiento genético y el urgente manejo sostenible de los bosques en el Perú.