ISSR markers as a tool to differentiate genotypes of Cinchona hybrids propagated in vitro and ex vitro

Marcadores ISSR como herramienta para distinguir genotipos de híbridos de Cinchona propagados in vitro y ex vitro

The differentiation of Cinchona spp. hybrids genotypes are challenging due to their shared origins and morphological similarities. This study utilized ISSR (Inter Simple Sequence Repeat) markers to distinguish between genotypes of Cinchona spp.: LF40, LC29, LF74, LF74GB, and LF211 maintained in vitro and ex vitro in Colombia. Genomic DNA was extracted from the plant materials, and eight ISSR primers were used for PCR amplification. In total 61 loci were amplified, of which 37 (60.92%) were polymorphic. The total number of loci per primer ranged from 5 to 12, with an average of 7.62, and polymorphic loci varied from 3 to 6, averaging 4.62 per primer. Cluster analysis based on the unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) grouped the genotypes into distinct clusters, showing genetic differences. Principal coordinate analysis (PCA) confirmed the clustering patterns, further distinguishing the genotypes despite their shared origins. The primer ISSR4 was the most effective, with the highest polymorphism rate (75%) and PIC value (0.473), followed by ISSR6 which had a polymorphism rate of 71% and a PIC value of 0.426, both primers allowed the identification of a group of plants under field conditions from in vitro cultures, with unknown genotype origin. As a result, it was possible to confirm a cluster of plants belonging to the LF40 genotype using only two primers. The results demonstrate the genetic distinctiveness of the selected Cinchona genotypes and underscore the utility of ISSR markers as a reliable tool for identifying genetic differences of in vitro and ex vitro Cinchona plant selections.

La diferenciación de genotipos híbridos de Cinchona spp.  es un desafío debido a sus orígenes compartidos y similitudes morfológicas. En este estudio se utilizaron marcadores ISSR para distinguir entre los genotipos de Cinchona spp.: LF40, LC29, LF74, LF74GB y LF211, mantenidos en condiciones in vitro y ex vitro en Colombia. Se extrajo ADN genómico de los materiales vegetales y se utilizaron ocho cebadores ISSR para la amplificación por PCR. En total, se amplificaron 61 loci, de los cuales 37 (60,92%) fueron polimórficos. El número total de loci por cebafdor varió de 5 a 12, con un promedio de 7,62, y los loci polimórficos variaron de 3 a 6, con un promedio de 4,62 por cebador. El análisis de conglomerados basado en el método de grupos de pares no ponderados con media aritmética (UPGMA) agrupó los genotipos en distintos clusters, mostrando diferencias genéticas. El análisis de coordenadas principales (PCA) confirmó los patrones de agrupamiento, distinguiendo aún más los genotipos a pesar de sus orígenes compartidos. El cebador ISSR4 fue el más efectivo, con la mayor tasa de polimorfismo (75%) y valor PIC (0.473), seguido del ISSR6 que tuvo una tasa de polimorfismo del 71% y un valor PIC de 0.426, ambos cebadores permitieron la identificación de un grupo de plantas en condiciones de campo a partir de cultivos in vitro, con origen genotípico desconocido. Como resultado, fue posible confirmar un grupo de plantas pertenecientes al genotipo LF40 utilizando sólo dos cebadores. Los resultados demuestran la distinción genética de los genotipos de Cinchona seleccionados y subrayan la utilidad de los marcadores ISSR como una herramienta confiable para identificar diferencias genéticas de selecciones de plantas de Cinchona in vitro y ex vitro.