Microsatellite analysis of the correlation between molecular and morphological traits in assorted maize inbred lines

Abstract

The success in identifying heterosis in hybrid maize (Zea mays L.) breeding depends on the availability of reliable genetic diversity among maize inbred lines. Conventional methods of breeding have been boosted by the availabil-ity and efficiency of molecular markers. Coupling simple sequence repeat (SSR) markers with morphological markers provides thorough starting information for new inbred lines, especially from different genetic back-grounds. Furthermore, recent evidences that the environment can influence the epigenetic structure of the genome have necessitated morphological screening of crops during breeding programmes. This study used 28 agronomic traits and 14 SSR markers which are distributed uniformly in ten (1-10) inbred lines, namely EM11-133, EM12-210, OSU23i, CML395, CML202, CML442, CML444, CML208, CML312 and CML204 from Kenya, Inter-national Centre for the Improvement of Maize and Wheat (CIMMYT), and another (OSU 23i) from USA. The aim was to investigate their morphological and genetic diversity, categorise the inbred lines into useful groups based on the molecular profiles and morphological traits, and lastly determine the level of phenotype-genotype correlation. The dissimilarity calculated using SSR markers had a mean morphological dissimilarity of 0.895403, an r value of -0.1421 and a p -0.9840. The dissimilarity between the molecular and morphological traits was 0.860465. Comparison between the molecular and morphological data had a dissimilarity matrix with an r -0.2323 and a p value of 0.0120. This was probably due to intrinsic synteny in maize genome. The dendrograms generated with hierarchical Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean (UPGMA) cluster analysis of the Jaccard's similarity coefficient matrices revealed four major clusters. The Co-ancestry distance showed six tied groups with the Kenya cluster showing some differentiation with Exact Tests for population differentiation with a p = 0.0513. The American inbred line (OSU 23i) segregated alone, while the Kenya lines (EM11-133 and EM12-210) had close homology with the CIMMYT inbred lines (CMLs). A total of 2.0 alleles were detected among the inbred lines using bulk DNA samples and 14 SSR loci. Clustering analysis based on the genetic similarity coefficients separated the inbred lines into 4 groups with the American inbred line seeming to be genotypically more diverse from the others. RÉSUMÉ Le succès dans l'identification des hétérosis de maïs hybrides (Zea mays L.) dépend de la disponibilité d'une diversité génétique fiable dans les lignées endogames du maïs. Les méthodes conventionnelles de l'hybridation avaient été améliorées par la disponibilité et l'efficacité des marqueurs moléculaires. Le couplage des marqueurs simples de sequence répétée (SSR) avec les marqueurs morphologiques fournit des informations fondamentales précises pour les nouvelles lignées endogames, principalement de différente constitution génétique. En outre, les recentes évidences selon lesquelles l'environnement peut influencer la structure épigénétique du génome ont J. KARANJA et al. 134 nécessité une selection morphologique des cultures au cours des programmes d'hybridation. Cette étude avait utilisé 28 caractéristiques agronomiques et 14 marqueurs SSR distribués uniformément en dix (1-10) lignées endogames à savoir EM11-133, EM12-210, OSU23i, CML395, CML202, CML442, CML444, CML208, CML312, CML204 qui avaient été respectivement obtenus à partir du Kenya, Centre International pour l'amélioration du maïs et du blé (CIMMYT) et l'autre des États-Unis. L'objectif de cette étude était de déterminer la diversité morphologique et génétique, catégoriser les lignées endogames en groupes importants sur base des profils moléculaires ainsi que les caractéristiques morphologiques et enfin déterminer le niveau de la corrélation phénotype-génotype. La dissimilarité calculée à l'aide de marqueurs SSR avait une difference morphologique moyenne de 0,895403, valeur de r de -0,1421 et un p de -0,9840. La différence entre les caractéristiques moléculaires et morphologiques était de 0,860465. Une comparaison entre les données moléculaires et morphologiques avait révelé une matrice non simulaire avec r= -0.2323 et une valeur de p de 0,0120. Ceci était probablement dû à la composition intrinsèque dans le génome du maïs. Le dendrogramme généré par la méthode de groupes paires hiérarchiques non pondérés avec le cluster de l'analyse de la moyenne arithmétique (UPGMA) des matrices de coefficient de similarité de Jaccard avait révélé la présence de quatre regroupements majeurs, tandis que la distance de Co-ascendance a montré six groupes liés avec le regroupement Kenya montrant une certaine différence avec les Tests Précis de différenciation de la population avec un p = 0,0513. La lignée américaine non hybride (OSU 23i) se divisait individuellement, tandis que les lignées Kenya (EM11-133 et EM12-210) avaient une homologie étroite avec les lignées non hybrides CIMMYT (CMLs). Un total de 2,0 allèles avaient été détectés parmi les lignées non hybrides à l'aide des échantillons d'ADN et 14 loci SSR. L'analyse par regroupement fondée sur les coefficients de similarité génétique avait permi la séparation des lignées non hybrides en 4 groupes ainsi que la lignée américaine non hybride semblant être genotypiquement plus diversifiée des autres.