Genetic variability in accessions of Sesbania Scop. species (Leguminosae): morphological, agronomic and isoenzymatic characterization

O estudo objetivou caracterizar através de dados morfológicos, agronômicos e bioquímicos, a variabilidade genética entre e dentro de espécies do gênero Sesbania Scop. (Leguminosae), comparar espécies perenes e anuais de diferentes subgêneros, originárias do Novo e do Velho Mundo, e avaliar o potencial forrageiro dessas espécies. Foram avaliadas as espécies S. emerus, S. exasperata, S. rostrata, S. tetraptera (anuais) e S. sesban, S. grandiflora, S. virgata (perenes). Um ensaio preliminar foi instalado em casa-de-vegetação no Departamento de Genética da ESALQ/USP, em Piracicaba, SP, obtendo-se dados de morfologia de plântulas e crescimento inicial em 17 acessos de Sesbania. Foi instalado posteriormente no Instituto de Zootecnia em Nova Odessa, SP, um ensaio de campo em blocos ao acaso, avaliando-se 17 caracteres morfológicos e 17 agronômicos em 22 acessos de Sesbania. Os dados bioquímicos foram obtidos no Laboratório de Genética Ecológica, na ESALQ/USP, em Piracicaba, SP, através da análise de isoenzimas de cotilédones em gel de amido. Foram realizadas análises de variância uni e multivariadas, incluindo análises de componentes principais e agrupamento, realizando-se descarte de caracteres. Foram estimados os parâmetros genéticos: coeficiente de determinação genotípica e coeficiente de variação genética. Observou-se variabilidade tanto inter como intraespecífica para a maioria dos caracteres, ao nível de plântulas e de plantas adultas. De modo geral, os valores dos coeficientes de determinação genotípica intrapopulacionais ( bi ) foram elevados, acima de 0,80, para os dados morfológicos e agronômicos, indicando a possibilidade de seleção de genótipos superiores. Evidenciou-se variabilidade inter e intraespecífica nas análises de agrupamento, seja ao nível de plântulas, de plantas adultas, ou de isoenzimas. O acesso nº 6 de S. exasperata foi classificado em grupos distintos em todas as análises, mostrando grande variabilidade intraespecífica. O mesmo foi observado para S. emerus. S. virgata, do subgênero Daubentonia, originária do Novo Mundo, foi classificada em grupos distintos nas análises com dados morfológicos e de isoenzimas. O caráter largura da vagem foi o responsável pela diferenciação de S. tetraptera, única representante do subgênero Pterosesbania, originário da África. Um dos acessos de S. sesban (NO 934), subgênero Sesbania, destacou-se quanto à produção de biomassa e vigor de rebrota, mostrando-se promissor como planta forrageira. A representante do subgênero Agati, S. grandiflora, não se mostrou adaptada às condições de Nova Odessa, SP, apresentando crescimento inicial lento e não florescendo. Foram observadas diferenças entre espécies anuais, apresentando maior esforço reprodutivo, e espécies perenes, por apresentarem maior produção de biomassa em detrimento da produção de sementes. A produção de biomassa do primeiro corte, seis meses após a semeadura, foi maior para as espécies anuais S. exasperata, S. rostrata e S. tetraptera, enquanto que as produções das espécies perenes foram superiores às anuais a partir do segundo corte, com pico de produção observado no terceiro corte. O descarte de variáveis foi realizado através de componentes principais, selecionando-se oito de 26 caracteres morfológicos e agronômicos. Estes caracteres discriminaram os acessos e espécies, mostrando sua importância taxonômica e agronômica. A maioria dos sistemas isoenzimáticos mostraram-se monomórficos dentro, e polimórficos entre espécies. Polimorfismo intraespecífico foi observado em S. sesban, para fosfoglucose isomerase (PGI) e glutamato-oxaloacetato transaminase (GOT), e S. virgata, para malato desidrogenase (MDH). As heterozigosidades médias esperadas variaram de 0,0 a 0,232 para S. sesban e de 0,0 a 0,200 para S. virgata. O número médio de alelos por loco polimórfico foi dois para ambas as espécies, e a porcentagem de locos polimórficos 60% (acesso nº 14) e 20% para S. sesban, e 33,33% para S. virgata. Foram estimados índices de fixação intrapopulacionais negativos e próximos da unidade para S. sesban (acessos nº 9 e 10), indicando excesso de heterozigotos. O acesso nº 14 apresentou alto polimorfismo, mostrando- se em equilíbrio de Hardy-Weinberg. Os índices de diversidade obtidos indicam que 62,6 e 69,3% da variação total observada para S. sesban e S. virgata, respectivamente, resultou da variação entre acessos.This study seeks to characterize the genetic variability between and within species of Sesbania Scop. (Leguminosae) of Old and New World origin, using morphological, agronomic and biochemical data, for comparing perennial and annual species belonging to different subgenera, and to evaluate their forage potential. The species tested were: S. emerus, S. exasperate, S. rostrate, S. tetraptera (annuals) and S. sesban, S. grandiflora, S. virgate (perennials). A preliminary trial was established in the greenhouse at the Genetics Department of ESALQ/USP, in Piracicaba, SP, Brazil, to obtain early growth and seedling morphology data from 17 Sesbania accessions. A field trial was established at the Instituto de Zootecnia in Nova Odessa, SP, Brazil, in a randomised complete block design with four replications, evaluating 17 morphological and 17 agronomic traits of 22 Sesbania accessions. Biochemical data was obtained from cotyledon isozyme analyses made at the Ecological Genetics Laboratory at ESALQ/USP in Piracicaba, SP, using starch gel electrophoresis techniques. Univariate and multivariate analyses of variance were carried out, including principal components and cluster analyses, with character discard from morphological and agronomic traits of adult plants. Genetic parameters coefficient of genotypic determination and the coefficient of genetic variability were estimated. Inter and intraspecific variability was observed for most characters, at the seedling stage and from adult plants. ln general, the intrapopulational genotypic determination coefficients ( bi ) for the morphological and agronomic data were high, above 0.80, indicating the possibility of superior genotype selection. Both inter and intraspecific variability were made evident from the cluster analyses, which were complementary, be it at the seedling stage, from adult plants, or from isozyme data. Accession nº 6 of S. exasperate was classified in a distinct group in all the analyses, presenting high intraspecific variability. The same was observed for S. emerus. S. virgate, from subgenus Daubentonia, originated from the New World, was classified in distinct groups with morphological and isozyme data. The pod width trait was responsible for the differentiation of S. tetraptera, the sole representative of subgenus Pterosesbania, and native from Africa. Seedling and agronomic data classified one of the accessions of S. sesban (NO 934), subgenus Sesbania, in a separate group from the other accessions of this species, presenting higher biomass yields and regrowth vigor, and showing promise as a forage plant. The representative of subgenus Agati, S. grandiflora, did not adapt well to the conditions of Nova Odessa, SP, presenting slow early growth and did not flower. Differences were observed between the annual species, showing greater reproductive effort, and the perennial species, that presented higher biomass yields in detriment of seed production. At the first cut, six months after sowing, biomass yields were higher for the annual species S. exasperate, S. rostrate and S. tetraptera, but from the second cut on, biomass production of perennial species was superior to the annuals. The highest yields were observed at the third cut. Character discard selected eight from 26 morphological and agronomic characters. These characters discriminated the accessions and species, showing their taxonomic and agronomic importance. Most isozyme systems were monomorphic within, and polymorphic among species. Intraspecific polymorphism was only observed in S. sesban, for phosphoglucoisomerase (PGI) and glutamate oxaloacetate transaminase (GOT), and in S. virgata, for malate dehydrogenase (MDH). The average expected heterozygosity varied from 0.0 to 0.232 for S. sesban and from 0.0 to 0.200 for S. virgata. The mean number of alleles per polymorphic locus were two for both species, and the percentage of polymorphic Ioci was 60% for accession nº 14 and 20% for the other accessions of S. sesban, and 33.33% for S. virgata. Intrapopulational fixation indexes negative and close to one were estimated for accessions nº 9 and 10 of S. sesban, indicating excess of heterozygotes. Accession nº 14 of S. sesban, the most polymorphic one, showed Hardy-Weinberg equilibrium. The diversity indexes obtained indicate that 62.6 and 69.3% of total variation observed for S. sesban and S. virgata, respectively, are due to variation among accessions