Biodiversity studies in Phaseolus species by DNA barcoding

The potential of DNA barcoding was tested as a system for studying genetic diversity and genetic traceability in bean germplasm. This technique was applied to several pure lines of Phaseolus vulgaris L. belonging to wild, domesticated, and cultivated common beans, along with some accessions of Phaseolus coccineus L., Phaseolus lunatus L., and Vigna unguiculata (L.) Walp. A multilocus approach was exploited using three chloroplast genic regions (rbcL, trnL, and matK), four intergenic spacers (rpoB-trnC, atpBrbcL, trnT-trnL, and psbA-trnH), and nuclear ITS1 and ITS2 rDNA sequences. Our main goals were to identify the markers and SNPs that show the best discriminant power at the variety level in common bean germplasm, to examine two methods (tree based versus character based) for biodiversity analysis and traceability assays, and to evaluate the overall utility of chloroplast DNA barcodes for reconstructing the origins of modern Italian varieties. Our results indicate that the neighbor-joining method is a powerful approach for comparing genetic diversity within plant species, but it is relatively uninformative for the genetic traceability of plant varieties. In contrast, the character-based method was able to identify several distinct haplotypes over all target regions corresponding to Mesoamerican or Andean accessions; Italian accessions originated from both gene pools. On the whole, our findings raise some concerns about the use of DNA barcoding for intraspecific genetic diversity studies in common beans and highlights its limitations for resolving genetic relationships between landraces and varieties.

Les auteurs ont exploré le potentiel des codes barres génétiques pour étudier la diversité et la traçabilité génétiques au sein du germoplasme du haricot. Cette technique a été employée sur plusieurs lignées pures sauvages, domestiquées et cultivées du Phaseolus vulgaris, ainsi qu’à quelques accessions du P. coccineus, du P. lunatus et du Vigna unguiculata. Une approche multilocus a été exploitée au moyen de trois régions géniques chloroplastiques (rbcL, trnL et matK), de quatre espaceurs intergéniques (rpoB-trnC, atpB-rbcL, trnT-trnL et psbA-trnH), et les séquences nucléaires ITS1 et ITS2 de l’ADNr. Les buts principaux étaient d’identifier les marqueurs et SNP qui offraient le pouvoir discriminant le plus grand entre les variétés chez le haricot, de comparer deux méthodes (fondée sur les arbres ou les caractères) pour l’analyse de la biodiversité et pour des essais de traçabilité, et d’évaluer l’utilité globale des codes barres d’ADN chloroplastique pour retracer l’origine des variétés italiennes modernes. Les résultats obtenus montrent que la méthode NJ constitue une approche puissante pour comparer la diversité génétique au sein des espèces, mais qu’elle s’avère relativement peu informative pour ce qui est de la traçabilité génétique des cultivars. Au contraire, la méthode basée sur l’examen des caractères a permis d’identifier plusieurs haplotypes distincts pour toutes les régions étudiées au sein des accessions mésoaméricaines ou andéennes, ces deux pools génétiques étant la source des accessions italiennes. Globalement, ces observations soulèvent des interrogations sur l’emploi des codes barres génétiques pour des études de diversité génétique intraspécifique chez le haricot et soulignent les limites de cet outil pour la résolution des relations génétiques entre variétés de pays et cultivars.