Selection of cowpea parental lines based on molecular markers and grain yield
DOI:
https://doi.org/10.1590/1983-21252026v3914073rcKeywords:
Vigna unguiculata. Pulse crops. ISSR molecular markers. Genetic divergence.Abstract
Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) is a crop of socioeconomic importance in Brazil, as it serves as a food source and generates employment and income. Cowpea is grown in large areas in the main grain-producing regions of Brazil and has been a good option for the second crop season due to its high tolerance to water deficit. The objective of this study was to select parental lines based on genetic divergence assessed using inter-simple sequence repeat (ISSR) molecular markers and grain yield for cowpea breeding. Genomic DNA was extracted from 14 lines and six cultivars, and amplifications were performed using ten ISSR molecular markers. Genetic diversity was estimated using Nei's gene diversity index and Shannon's information index. Pairwise genetic comparisons were based on Jaccard's similarity coefficient, and genotypes were grouped using Tocher's clustering method and unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA). A total of 105 fragments were amplified, of which 99.05% were polymorphic. Nei's genetic diversity index was 0.2651, and Shannon's information index was 0.4178. Genetic dissimilarity values among genotypes ranged from 0.24 to 0.85. The smallest genetic distance was observed between genotypes MNC11-1022E-9 and MNC11-1031E-11, and the largest between genotypes MNC11-1015E-35 and Pingo de Ouro 1-5-14. The UPGMA clustering method formed five distinct groups, whereas Tocher's clustering method formed six groups. Genetic diversity exists among the evaluated genotypes, indicating potential for selecting contrasting parental lines for use in crosses aiming at breeding various commercial classes and subclasses of cowpea.
References
ALVES, S. M. et al. Adaptability, stability, and agronomic performance of cowpea lines in Mato Grosso, Brazil. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 15: e7896, 2020.
AJIBADE, S. R.; WEEDEN, N. F.; CHITE, S. M. Inter simple sequence repeat analysis of genetic relationships in the genus Vigna. Euphytica, 111: 47-55, 2000.
ANDERSON, J. A. et al. Optimizing parental selection for genetic linkage maps. Genome 36: 181-186, 1993.
ASARE, A. T. et al. Assessment of the genetic diversity in cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) germplasm from Ghana using simple sequence repeat markers. Plant Genetic Resources, 8: 142-150, 2010.
BORÉM, A.; MIRANDA, G. V. Melhoramento de plantas. 5. ed. Viçosa, MG: UFV, 2009. 529 p.
COSTA, D. F. et al. Genetic diversity and selection of ISSR primers in a natural mangaba population (Hancornia speciosa Gomes) (Apocynaceae). Revista Brasileira de Fruticultura, 37: 970-976, 2015.
CRUZ, C. D. Genes Software – extended and integrated with the R, Matlab and Selegen. Acta Scientiarum Agronomy, 38: 547-552, 2016.
CRUZ, C. D.; CARNEIRO, P. C. S. Modelos biométricos aplicados ao melhoramento genético. Viçosa, MG: UFV, 2003. 585 p.
DELMONDES, B. L. et al. Identifying lines of the black-eyed cowpea having high productivity and quality commercial grain. Revista Ciência Agronômica, 5: 848-855, 2017.
DIAS, F. T. C. et al. Variabilidade genética de feijão-caupi de porte ereto e ciclo precoce analisada por marcadores RAPD e ISSR. Revista Ciência Agronômica, 46: 563-572, 2015.
DOYLE, J. J.; DOYLE, J. L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochemical Bulletin, 19: 11-15, 1987.
FELIX, F. C. et al. Aplicações de marcadores ISSR em estudos de diversidade genética de Pityrocarpa moniliformis. Revista Caatinga, 33: 1017-1024, 2020.
FREIRE FILHO, F. R. Feijão-caupi no Brasil: produção, melhoramento genético, avanços e desafios. Teresina, PI: Embrapa Meio-Norte, 2011. 84 p.
FREIRE FILHO, F. R. et al. 'BRS Guariba': white‑grain cowpea cultivar for the mid-north region of Brazil. Crop Breeding and Applied Biotechnology, 6: 175-178, 2006.
LEWONTIN, R. C. The apportionment of humam diversity. Evolutionary Biology, 6: 381-398, 1972.
KRUSKAL, J. B. Multidimensional scaling by optimizing goodness of fit to a nonmetric hypothesis. Psychometrika, 29: 1-27, 1964.
MANLY, B. F. J. Randomization, bootstrap and Monte Carlo methods in Biology. 2. ed. London: Chapman and Hall, 1997. 300 p.
MENEZES JÚNIOR, J. A. N. et al. A cultura do feijão-caupi em Mato Grosso. In: FARIAS NETO, A. L. et al. (Eds.). Embrapa Agrossilvipastoril: primeiras contribuições para o desenvolvimento de uma agropecuária sustentável. Sinop, MT: Embrapa Agrossilvipastoril, 2019. v. 1, cap. 15, p. 628-634.
MOJENA, R. Hierarchical grouping method and stopping rules: an evaluation. The Computer Journal, 20: 359-363, 1977.
NIVEDHA, R. et al. Assessing the Genetic Diversity of Parents for Developing Hybrids Through Morphological and Molecular Markers in Rice (Oryza sativa L.). Rice, 17: 17, 2024.
NEI, M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proceedings of the National. Academy of Sciences, 70: 3321-3323, 1973.
NORBERTO, R. L. S. et al. Adjustment of Protocol for the Extraction of Cowpea DNA. Ensaios e Ciência: Ciências Biológicas, Agrárias e da Saúde, 29: 299-311, 2025.
OLIVEIRA, A. M. C. et al. Produção de alimentos na base do feijão-caupi (Vigna unguiculata): importância nutricional e benefícios para a saúde. Research, Society and Development, 10: e56101416054, 2021.
ROCHA, M. M.; SILVA, K. J. D.; MENEZES JÚNIOR, J. A. N. Cultivares. In: VALE, J. C.; BERTINI, C.; BORÉM, A. (Eds.). Feijão-caupi: do plantio a colheita. Viçosa, MG: UFV, 2017. v. 1, cap. 6, p. 113-142.
SILVA, J. D. L. et al. Selection for the development of black eye cowpea lines. Revista Caatinga, 31: 72-79, 2018.
SCOTT, A.; KNOTT, M. Cluster-analyis method for grouping means in analysis of variance. Biomtrics, 30: 507-512, 1974.
SOUZA, M. B. E. et al. Genotype by environment interaction in cowpea lines using GGE biplot method. Revista Caatinga, 31: 64-71, 2018.
YEH, F. C. et al. Microsoft Windowbased freeware for population genetic analysis: manual (29p) (Version 1.3) [Software]. Edmonton: University of Alberta, 1999.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Os Autores que publicam na Revista Caatinga concordam com os seguintes termos:
a) Os Autores mantêm os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons do tipo atribuição CC-BY, para todo o conteúdo do periódico, exceto onde estiver identificado, que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista, sem fins comerciais.
b) Os Autores têm autorização para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
c) Os Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado (Veja O Efeito do Acesso Livre).
