Chemical and genetic diversity of ginger germplasm (Zingiber officinale)

Os recursos genéticos vegetais apresentam um valor real e potencial para a agricultura em razão da sua importância em programas de melhoramento e conservação. Este estudo teve como objetivo principal caracterizar a diversidade genética e química do germoplasma de gengibre do Departamento de Genética da ESALQ/USP, por meio de 18 descritores fenotípicos, 13 combinações de marcadores AFLP e análise da composição química do óleo essencial. O germoplasma foi formado por acessos procedentes de distintos estados brasileiros, além de algúns acessos introduzidos da Colômbia. Durante as coletas, foram entrevistados 34 agricultores de três estados: São Paulo (SP), Espírito Santo (ES) e Paraná (PR), constatando-se que esta espécie é cultivada principalmente por agricultores familiares cuja fonte principal de renda é a agricultura. Na análise da composição química, um total de 61 compostos foram identificados, sendo que os acessos apresentaram variabilidade química segundo a análise de variância. O óleo essencial foi rico em monoterpenos (82,35%), destacando-se geranial (20,41%) e neral (13,36%) como os compostos mais abundantes. Os compostos α-zingibereno, 1,8-cineol, linalol e β-felandreno, foram importantes na análise da diversidade química e, portanto, determinantes no agrupamento baseado no método de ligação completa (LC-VD) que classificou o germoplasma em dois grupos de acessos: cultivares e cultivares locais. Na caracterização agromorfológica, pouca variação foi observada para variáveis qualitativas, enquanto que para variáveis quantitativas houve moderada a baixa variabilidade, embora alguns acessos divergentes foram identificados. A análise de componentes principais explicou 82% da variação total nos primeiros três componentes, sendo que a distribuição dos acessos no gráfico de dispersão foi congruente com os agrupamentos formados pelo método de otimização de Tocher, destacando-se os acessos Gen-18, Gen-24, Gen-65 e Gen-42 como os mais divergentes do germoplasma fenotípicamente. Na caracterização molecular, 13 combinações de primers AFLP geraram, em média, 113,5 locos polimórficos, com uma proporção de 96,85% de polimorfísmo na coleção global. As estimativas de diversidade genética de Nei (Hj), índice de Shannon (I) e número efetivo de alelos (ne), foram superiores nos acessos colombianos (0,501; 0,396 e 1,508, respectivamente), em relação aos acessos brasileiros. A AMOVA mostrou que a maior parte da variação (63%) ocorreu entre os dois países e o índice FST=0,153 corroborou este resultado, indicando alta diferenciação genética entre eles. Os agrupamentos fornecidos pelo Structure e o dendrograma baseado no complemento do coeficiente de Jaccard, foram consistentes entre si e demonstraram que a maioria dos acessos brasileiros são altamente similares, sendo que não há influência da procedência geográfica no padrão dos agrupamentos químicos, fenotípicos e moleculares. A introdução de novos materiais genéticos no Brasil, certamente contribuirá para uma base genética mais ampla deste cultivo.Plant genetic resources exhibit a true and potential value for agriculture due to their importance in breeding and conservation programs. This study aimed to characterize the genetic and chemistry diversity of ginger germplasm of Genetics Department of the ESALQ/USP, through 18 phenotypic descriptors, 13 AFLP markers combinations and chemical composition analysis of essential oil. The germplasm was combined by accessions coming from diferent Brazilian states, along with some accessions introduced from Colombia. During the collection, 34 farmers were interviewed in three states: São Paulo (SP), Espírito Santo (ES) and Paraná (PR). Ginger is mainly cultivated by small farmers whose main income source is agriculture. In the chemical composition analysis, a total of 61 compounds were identified. The accessions presented chemical variability according to the analysis of variance. The essential oil was rich in monoterpenes (82.35%), being the geranial (20.41%) and the neral (13.36%), both referred to as citral, the most abundant compounds. The α-zingiberene, 1,8-cineole, linalool and β-phellandrene compounds were relevant in the chemical diversity analysis of the accessions, while the dendrogram based on the complete linkage method (LC-VD) classified the germplasm into two groups: landraces and cultivars accessions. In the agro-morphologic characterization, qualitative traits showed little variation, while moderate to low variability was observed for quantitative traits, although some divergent accessions were identified. The principal component analysis explained 82% of the total variation in the first three components, wherein the accessions distribution on the scatter plot was consistent with the groups formed by the Tocher method, with the Gen-18, Gen -24, Gen-65 and Gen-42 accessions as the most divergent ones from the phenotypically germplasm. In the molecular characterization, 13 AFLP markers combinations generated an average of 113.5 polymorphic loci, with a ratio of 96.85% of polymorphism in the overall collection. Estimates of Nei genetic diversity (Hj), Shannon index (I) and alleles effective number (ne) were higher in Colombian accessions (0.501; 0.396 and 1.508, respectively). The AMOVA showed that most of the variation (63%) occurs between the two countries and the FST=0.153 index suportted this result, indicating high genetic differentiation between Brazilian and Colombian accessions. The groupings provided by Structure and the dendrogram based on Jaccard coefficient complement were consistent with each other and showed that Brazilian accessions are genetically similar. In general, there is no influence of the accesses geographic origin in the chemical, phenotypic and molecular grouping pattern. The introduction of new genetic materials in Brazil, will certainly contribute to a broader genetic basis of this species