Determination of genetic diversity and population structure in Faba Bean (Vicia faba L)

Abstract

Faba bean (Vicia faba L.) is an important legume species because of the high protein and starch content of its seeds. Broad bean can be grown in different climatic conditions and is an ideal rotation crop because of the symbiotic relationship between the plant and nitrogen fixing bacteria in its roots. Broad bean seeds are consumed as fresh vegetables in many countries throughout the world. However, the genetic diversity found in this germplasm has not yet been characterized and has not been systematically used in broad bean breeding programs. In this project, faba bean individuals obtained from International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA), Centre for Genetic Resources (CGN), Aegean Agricultural Research Institute (AARI), Nordic Gene Bank (NGB) and Australia (The University of Adelaide, Jeffrey Paull) were examined for their genetic diversity and population structure. For this purpose, 259 faba bean germplasm accessions were characterized using 32 SSR primers. A total of 302 polymorphic SSR fragments were analyzed. According the results, faba bean individuals were divided into two main clusters based on Neighbor-joining algorithm (r = 0.9062) with some clustering based on geographical origin as well as seed size. STRUCTURE 2.2.3 program was used to determine population structure. K was determined as 2 subpopulations. Cluster 1 had 87 individuals; cluster 2 had 162 individuals and 10 individuals were intermixed with results generally agreeing with the dendrogram analysis. A total of 45 well-characterized faba bean individuals were selected for the core collection to be used in breeding studies.

Bakla (Vicia faba L.), tohumunun yüksek protein ve nişasta içeriğinden dolayı önemli bir baklagil türüdür. Bakla, değişik iklim koşullarında yetiştirilebilmektedir ve kök sisteminin azot bağlayan bakteriler ile oluşturduğu simbiyotik ilişki sayesinde ideal bir rotasyon bitki türüdür. Dünya genelinde pek çok ülkede taze sebze olarak tüketilir. Ancak, bakla germplazmlarının barındırdığı genetik çeşitliliğin karakterizasyonuna ilişkin çalışmalar yetersiz olup, bu baklagil türü için sistematik ıslah programları da oluşturulmuş değildir. Önerilen projenin esas amacı, ETAE, ICARDA, CGN, NGB ve Adelaide Üniversitesi’nden temin edilen bakla germplazmlarının genetik çeşitlilik ve populasyon yapısı bakımından kapsamlı bir şekilde incelemesinin yapılmasıdır. Bu amaçla, 259 bakla germplasmı 32 adet SSR primeri ile karakterize edilmiştir. Toplamda, 302 polimorfik SSR fragmenti analiz edilmiştir. Bakla örnekleri, Neighbor-joining algoritması (r = 0.9062) ile analizi sonucunda coğrafi orijin ve tohum büyüklüğüne göre iki ana kümeye ayrılmıştır. Popülasyon yapısının belirlenmesi için STRUCTURE 2.2.3 programı kullanılmıştır. K, 2 alt popülasyon olarak tespit edilmiştir. Küme 1’de 87, küme 2’de 162 ve hiçbir gruba bağlı olmayan 10 birey vardır. Genetik olarak iyi karakterize edilmiş 45 bakla bireyi çekirdek koleksiyon oluşturmak için seçilmiştir. Bu koleksiyon daha sonraki ıslah çalışmalarında kullanılabilecektir.