The genomic consequences of common bean (Phaseolus vulgaris l.) domestication

Domestication is a fundamental evolutionary process that induced a co-dependence between crop plants and humans, resulting in genetic modifications of plants due to human selection. Common bean (Phaseolus vulgaris L.) presents a unique evolutionary history among crops, as it characterized by the presence of two main geographically and genetically distinct gene pools, Mesoamerican and Andean, where at least two independent domestication events occurred. We used RNA sequencing (RNA-Seq) strategy to investigate the whole common bean transcriptome as of 64 wild and domesticated accessions from the two gene pools. We identified a high number of single nucleotide polymorphisms that we used for population genetics inferences with the aim to scrutinize the consequences of common bean domestication. A drastic reduction in nucleotide diversity (~60%) was evident for the domesticated compared to the wild forms. In particular, as main outcome in the chapter one, we highlighted signature of selection in the 9% of genes achieved from a de novo assembling approach, sequencing 21 wild and domesticated genotypes, mainly from Mesoamerica. In parallel, the domestication process in Mesoamerica was found to influence also the expression pattern, involving a decrease in the expression diversity (18%) with a broader reduction (26%) in the portion of transcriptome under selection. In the second chapter, using the common bean genome as reference, we have compared the effects of common bean domestication on genetic diversity in both the Mesoamerican and Andean gene pools. A loss of genetic diversity three-fold lower associated with domestication was observed in the Andes compared with the Mesoamerica as result of a bottleneck occurred in this region before domestication.

La domesticazione è un importante processo evolutivo che ha determinato la codipendenza tra le specie coltivate e l’uomo grazie a cambiamenti genetici avvenuti nelle piante coltivate e fissati dalla selezione operata dall’uomo. Il fagiolo (Phaseolus vulgaris L.) presenta una storia evoluzionaria unica caratterizzata dalla presenza di due principali pool genici, geograficamente e geneticamente distinti, quello Mesoamericano e quello Andino, in cui si sono verificati almeno due eventi di domesticazione indipendenti. In questo lavoro il sequenziamento dell’RNA (RNA-Seq) è stato impiegato per analizzare l’intero trascrittoma del fagiolo a partire da 64 accessioni selvatiche e domesticate appartenenti ai due principali pool genici di questa specie. L’elevato numero di polimorfismi identificati è stato impiegato per inferenze di genetica di popolazione con lo scopo di approfondire le conseguenze della domesticazione in fagiolo. Una drastica riduzione della diversità nucleotidica (~60%) è stata osservata per le forme domesticate rispetto a quelle selvatiche. In particolare sono state evidenziate tracce di selezione nel 9% dei geni ottenuti da un approccio di assemblaggio de novo, sequenziando 21 genotipi selvatici e domesticati, principalmente dal Mesoamerica. In parallelo, il processo di domesticazione ha comportato in Mesoamerica anche la diminuzione della diversità di espressione (18%; Capitolo 1), con una più ampia riduzione (26%) nella porzione del tracrittoma sotto selezione. Usando il genoma del fagiolo come riferimento inoltre sono confrontati gli effetti della domesticazione del fagiolo sulla diversità genetica sia nel pool genico Mesoamericano che in quello Andino. Una perdita di diversità genetica tre volte inferiore associata con la domesticazione è stata riscontrata nelle Ande rispetto al Mesoamerica come risultato del collo di bottiglia avvenuto in questo pool genico prima del processo di domesticazione.