Molecular characterization of the 5S rDNA non-transcribed spacer and reconstruction of phylogenetic relationships in Capsicum

Abstract

Capsicum includes ca. 41 species of chili peppers. In this original report we PCR amplified, cloned, sequenced and characterized the 5S rDNA non-transcribed spacer -NTS- in 23 taxa of nine clades of Capsicum, divergent at geographical origin and fruit and chromosome traits, and compared the NTS features throughout Solanaceae. According to GC content, inner variability and regulatory elements, the NTS organizes into three distinct structural regions; genetic variability at the NTS in Capsicum and related genus clusters into defined taxa hierarchies. Based on the reconstruction of a maximum-likelihood phylogenetic tree and phylogenetic networks, NTS sequences of Capsicum and related taxa grouped into well recognized categories -genus, section, clade, species, variety-. An evolutionary scenario arose from combined genetic and phylogenetic NTS data, in which monophyly and lineage diversification over time of Capsicum are addressed. Our analysis is original to include all domesticated species of Capsicum prevailing in germplasm collections and breeding programs, together with a large group of wild taxa that demanded further genetic characterization. The NTS set up as a double purpose marker in Capsicum, to directly evaluate genetic variability and reconstruct phylogenetic relationships to a broad extent, and constitutes a valuable tool for germplasm characterization and evolutionary studies within Solanaceae.

Capsicum incluye ca. 41 especies de ajíes. En este trabajo original, el espaciador no-transcrito (NTS) del ADNr 5S fue PCR-amplificado, clonado, secuenciado y caracterizado en 23 taxones de nueve clonados de Capsicum, divergentes en origen, fruto y cromosomas, y comparado a lo largo de Solanaceae. El NTS se organiza en tres regiones estructurales distintas de acuerdo a contenido GC, variabilidad y elementos reguladores; la variabilidad genética del NTS en Capsicum y géneros relacionados se agrupó en categorías taxonómicas definidas. Las secuencias NTS de Capsicum y taxa relacionados también se agruparon en categorías reconocidas -género, sección, clonado, especie, variedad- durante la reconstrucción de un árbol filogenético de máxima-verosimilitud y diversas redes filogenéticas. De la combinación de datos genéticos y filogenéticos del NTS surge un escenario evolutivo que considera monofilia y diversificación de Capsicum a lo largo del tiempo. Nuestro análisis es original al incluir todas las especies domesticadas de Capsicum, mayoritarias en colecciones y programas, además de un amplio número de ajíes silvestres que demandaban mayor caracterización genética. El NTS constituye un marcador de doble propósito en Capsicum, al evaluar directamente variabilidad genética y reconstruir relaciones filogenéticas extensas, además de ser útil a la caracterización de germoplasma y estudios evolutivos en Solanaceae.