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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-04062020-152138
Document
Auteur
Nom complet
Flaviane Malaquias Costa
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2020
Directeur
Jury
Veasey, Elizabeth Ann (Président)
Bustamante, Patricia Goulart
Garavello, Maria Elisa de Paula Eduardo
Zucchi, Maria Imaculada
Titre en portugais
Padrões de dispersão e conservação da diversidade genética do milho (Zea mays ssp. mays) nas terras baixas da América do Sul
Mots-clés en portugais
Zea mays ssp. mays
Centros de diversificação
Etnobotânica
Hotspots de agrobiodiversidade
Indicadores de diversidade
Marcadores SNPs
Migração
Recursos genéticos
Variedades locais
Resumé en portugais
O conhecimento sobre a diversidade e estrutura genética de populações cultivadas é fundamental para entender a história evolutiva destas populações ao longo do processo de domesticação e dispersão. O milho (Zea mays ssp. mays) é uma espécie cultivada que apresenta grande variabilidade genética. A dispersão do milho para diferentes regiões permitiu o surgimento de centros de diversificação da espécie. A região das terras baixas da América do Sul é considerada centro secundário de diversidade do milho e evidências científicas sugerem que a espécie se dispersou do México e chegou nesta região em estado parcial de domesticação. O objetivo desta pesquisa foi estudar a diversidade genética e os padrões de dispersão do milho nas terras baixas da América do Sul, por meio de dados de genômica populacional, fenotípicos, etnobotânicos e registros históricos, os quais permitiram ampliar o conhecimento sobre a história do germoplasma da região. Estas informações poderão ser úteis para orientar futuras prospecções, esforços de conservação e valoração dos recursos genéticos do milho. Esta tese foi estruturada em diferentes capítulos. O primeiro estudo apresentou uma revisão bibliográfica sobre a origem, domesticação e dispersão do milho nas Américas. O segundo estudo discutiu as hipóteses de dispersão do milho nas terras baixas da América do Sul. Foram caracterizados 184 acessos de milho do Brasil e Uruguai por meio de 5.313 marcadores moleculares de polimorfismo de nucleotídeo único (SNPs), obtidos pela técnica de Diversity Arrays Technology (DArTseq). Os acessos também foram caracterizados quanto ao tipo de endosperma e associados às famílias linguísticas indígenas relacionadas às respectivas regiões de origem. Os grupos obtidos pela Análise Discriminante de Componentes Principais (DAPC) se estruturaram, principalmente, pela predominância de tipos de endosperma específicos. A análise de agrupamento pelo método de Neighbor-Joining e distância genética de Nei identificou padrões de conexão inter-regional, os quais sugeriram movimentos de dispersão. Os padrões genéticos regionais foram associados aos registros arqueológicos da espécie e às migrações humanas Arawak e Tupi, o que permitiu sugerir as hipóteses de dispersão do milho nas terras baixas da América do Sul. A pesquisa ainda sugeriu a hipótese de dois potenciais centros de diversificação do milho nas terras baixas da América do Sul, que envolvem o Sudoeste da Amazônia e as região do Pampa do Brasil e Uruguai. O terceiro estudo teve como objetivo identificar micro-centros de diversidade do milho nas terras baixas da América do Sul. Foram realizadas coletas de variedades locais e entrevistas com agricultores em cinco estados do Brasil (Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, Paraíba, Rio Grande do Sul e Rondônia) e cinco departamentos do Uruguai (Canelones, Rocha, Treinta y Tres, Tacuarembó e Rivera), contemplando cinco biomas (Amazônia, Cerrado, Caatinga, Mata Atlântica e Pampa). Foram obtidos indicadores etnobotânicos, fenotípicos e moleculares os quais permitiram estimar índices de diversidade genética, como ferramenta metodológica para identificação e caracterização dos micro-centros de diversidade do milho. Os micro-centros de diversidade foram identificados considerando os seguintes critérios diagnosticados em cada região: i) riqueza e diversidade genética de variedades locais (a maior parte exclusiva) e raças de milho; ii) presença de variedades locais sob diversificação devido a ação humana corrente diagnosticada pelos aspectos socioculturais; e iii) diversidade genética diagnosticada por meio de índices etnobotânicos, fenotípicos e moleculares, os quais indicaram áreas de conservação e acumulação de germoplasma de milho, em escala geográfica microrregional. Estas regiões também são sugeridas como hotspots de agrobiodiversidade, por encontrarem-se em zonas vulneráveis à erosão genética. O quarto estudo prospectou o milho do Sudoeste da Amazônia, região indicada como centro de diversificação do milho, dentro da qual foi considerada a hipótese de que as raças localmente desenvolvidas foram extintas durante a colonização européia. Foram conduzidos estudos etnobotânicos in loco e caracterização fenotípica das variedades locais de milho farináceo cultivadas por agricultores locais e indígenas, nos estados de Rondônia e Acre. Foram identificados nomes indígenas e locais, usos gerais e específicos para a raça de milho amazônica Entrelaçado. As variedades locais coletadas na região foram caracterizadas e classificadas como Entrelaçado, confirmando a sua identificação e demonstrando que esta raça está conservada no Sudoeste da Amazônia. Esta pesquisa ampliou o conhecimento sobre a história evolutiva e a diversidade genética do milho nas terras baixas da América do Sul, envolvendo uma amostragem mais ampla. As informações geradas pela pesquisa poderão subsidiar políticas públicas e programas de conservação dos recursos genéticos do milho nas terras baixas da América do Sul.
Titre en anglais
Dispersion patterns and conservation of maize (Zea mays spp. mays) genetic diversity in the lowlands of South America
Mots-clés en anglais
Zea mays ssp. mays
Centers of diversification
Ethnobotany
Genetic resources
Genetic variability
Landraces
Microcenters
Migration
SNPs markers
Resumé en anglais
Knowledge about the diversity and genetic structure of cultivated populations is essential to understand the evolutionary history of these populations throughout the process of domestication and dispersal. Maize (Zea mays ssp. mays) is a cultivated species that presents high genetic variability. The dispersion of maize to different regions allowed the emergence of centers of diversification of the species. The lowlands of South America region is considered a secondary center of maize diversity and scientific evidence suggests that the species dispersed from Mexico and arrived in this region in a partial state of domestication. The objective of this research was to study the genetic diversity and dispersal patterns of maize in the lowlands of South America, using population genomics, phenotypic and ethnobotanical data, and historical records, allowing the expanding of knowledge about the history of this germplasm in the region. This information may be useful to guide future prospects, conservation efforts and the valorization of the genetic resources of maize. This thesis was structured in different chapters. The first study presented a literature review on the origin, domestication and dispersion of maize in the Americas. The second study discussed the hypotheses of maize dispersion in the lowlands of South America. A total of 184 maize accessions from Brazil and Uruguay were characterized using 5,313 single nucleotide polymorphisms (SNPs), obtained by the Diversity Arrays Technology technique (DArTseq). The accessions were also characterized as to the type of endosperm and association with indigenous language families related to the respective regions of origin. The groups obtained through the Discriminant Analysis of Principal Components (DAPC) were structured mainly according to the predominance of specific types of endosperm. The cluster analysis using Nei´s genetic distance and Neighbor-Joining method identified interregional connection patterns, which suggested dispersion movements. The regional genetic patterns were associated with the archaeological records of the species and with the Arawak and Tupi human migrations, suggesting the hypothesis of maize dispersion in the lowlands of South America. The research also suggested the hypothesis of two potential centers of diversification of the maize in the lowlands of South America, which involve the Southwest of the Amazon and the Pampa regions of Brazil and Uruguay. The third study aimed to identify microcenters of maize diversity in the lowlands of South America. Landraces were collected and interviews were conducted with farmers in five states in Brazil (Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, Paraíba, Rio Grande do Sul and Rondônia) and five departments of Uruguay (Canelones, Rocha, Treinta y Tres, Tacuarembó and Rivera), covering five biomes (Amazon, Cerrado, Caatinga, Atlantic Forest and Pampa). Ethnobotanical, phenotypic and molecular indicators were obtained allowing the estimation of genetic diversity indices, as a methodological tool for the identification and characterization of the microcenters of maize diversity. The microcenters of diversity were identified considering the following criteria diagnosed in each region: i) richness and genetic diversity of maize landraces (mostly exclusive) and races; ii) presence of landraces under diversification due to current human action diagnosed by socio-cultural aspects; and iii) genetic diversity diagnosed by ethnobotanical, phenotypic and molecular indices, which indicated conservation areas and accumulation of maize germplasm, on a microregional geographic scale. These regions are also suggested as agrobiodiversity hotspots, as they are in areas vulnerable to genetic erosion. The fourth study prospected maize from the Southwest of the Amazon, a region indicated as a center of maize diversification, within which the hypothesis that locally developed races were extinct during European colonization was considered. On-site ethnobotanical studies and phenotypic characterization of floury maize landraces cultivated by local and indigenous farmers in the states of Rondônia and Acre were conducted. Indigenous and local names, general and specific uses for the Entrelaçado Amazonian maize race were identified. The local varieties collected in the region were characterized and classified as Entrelaçado, confirming its identification and demonstrating that this race is conserved in the Southwest of the Amazon. This research expanded knowledge about the evolutionary history and genetic diversity of maize in the lowlands of South America, involving a broader sampling. The information generated by this research may subsidize public policies and programs for the conservation of the genetic resources of maize in the lowlands of South America.
 
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Date de Libération
2022-06-04
Date de Publication
2020-06-05
 
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