Genetic diversity and population structure of Rhizoctonia solani AG-1 IA, the causal agent of rice sheath blight, in South China

Abstract

The genetic diversity and population structure among 72 rice-infecting isolates of Rhizoctonia solani AG-1 IA, collected from 12 counties (subpopulations) of Guangdong, Guangxi and Hainan provinces (populations) in south China, were investigated using nine inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. A total of 116 bands were amplified, with a majority of amplified fragments ranging from 500 bp to 2500 bp in size, of which 110 (94.8%) were polymorphic. Seventy-two isolates were grouped into six major clusters at 73% genetic similarity coefficient by the unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) with Dice’s distance matrices. The genetic diversity was high [percentage of polymorphic bands (P %) = 94.83%; Shannon’s diversity index (I) = 0.3175; Nei’s diversity (h) = 0.2034] at the population level, but low within populations [P % = 53.38%; Shannon’s diversity index (I) = 0.2734; Nei’s diversity (h) = 0.1811]. The mean coefficient of gene differentiation (Gst) was 0.165, indicating that 83.5% of the genetic diversity resided within the population. The genetic similarity values among 12 subpopulations ranged from 0.9672 to a minimum of 0.8641, and genetic distance values ranged from 0.1461 to 0.0333. Total gene flow (Nm) of 5.5810 indicated that there was significant gene flow among the sampled populations. Analysis of molecular variance (AMOVA) demonstrated that there was a relatively high level (81.93%) of genetic variation within subpopulations, with the gene differentiation coefficient (Φ_ST) being 0.181. A Mantel test suggested that there was no significant correlation between genetic differentiation and geographical distance.

Résumé

La diversité et la structure génétiques des populations de 72 isolats de Rhizoctonia solani (AG-1 IA) infectant le riz, collectés dans 12 comtés (sous-populations) des provinces du Guandong, du Guangxi et d’Hainan dans le sud de la Chine (populations), ont été étudiées à l’aide de 9 marqueurs ISSR (amplification intermicrosatellite). En tout, 116 bandes ont été amplifiées, dont la majorité des fragments mesurait de 500 bp à 2 500 bp, desquelles 110 (94.8 %) étaient polymorphes. En outre, 72 isolats ont été groupés en 6 principaux clusters dont le coefficient de similarité était de 73 % selon la méthode des moyennes par paire non pondérée, en concordance avec les matrices de distance de Dice. Le taux de diversité génétique était élevé à l’échelle de la population (pourcentage de bandes polymorphes [P %] = 94.83 %; indice de diversité de Shannon [I] = 0.3175; indice de diversité de Nei [h] = 0.2034), mais faible au sein des populations (P % = 53.38 %; indice de diversité de Shannon [I] = 0.2734; indice de diversité de Nei [h] = 0.1811). Le coefficient moyen de différenciation génétique (Gst) était de 0.165, indiquant que 83.5 % de la diversité génétique se trouvait au sein de la population. Les valeurs de similarité génétique chez 12 sous-populations variaient de 0.9672 à 0.8641, et celles de distance génétique, de 0.1461 à 0.0333. Le flux génique total (Nm) de 5.5810 indiquait que le flux génique parmi les populations échantillonnées était significatif. L’analyse de variance moléculaire (AMOVA) a démontré qu’il y avait un taux relativement élevé (81.93 %) de variation génétique au sein des sous-populations, avec un coefficient de différenciation génétique (Φ_ST) de 0.181. Un test de Mantel a suggéré qu’il n’y avait pas de corrélation significative entre la différenciation génétique et la distance géographique.

Keywords:

• gene flow
• genetic diversity
• inter-simple sequence repeat (ISSR)
• phylogenetic analysis
• population genetic structure
• Rhizoctonia solani

Mots clés:

• amplification intermicrosatellite (ISSR)
• analyse phylogénétique
• diversité génétique
• flux génique
• Rhizoctonia solani
• structure génétique de population

Acknowledgements

This work was supported by the Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest of the People’s Republic of China [grant number 201403075].