Genetic and Epigenetic Diversities Shed Light on Domestication of Cultivated Ginseng (Panax ginseng)

Mol Plant. 2015 Nov 2;8(11):1612-22. doi: 10.1016/j.molp.2015.07.011. Epub 2015 Aug 14.

Abstract

Chinese ginseng (Panax ginseng) is a medically important herb within Panax and has crucial cultural values in East Asia. As the symbol of traditional Chinese medicine, Chinese ginseng has been used as a herbal remedy to restore stamina and capacity in East Asia for thousands of years. To address the evolutionary origin and domestication history of cultivated ginseng, we employed multiple molecular approaches to investigate the genetic structures of cultivated and wild ginseng across their distribution ranges in northeastern Asia. Phylogenetic and population genetic analyses revealed that the four cultivated ginseng landraces, COMMON, BIANTIAO, SHIZHU, and GAOLI (also known as Korean ginseng), were not domesticated independently and Fusong Town is likely one of the primary domestication centers. In addition, our results from population genetic and epigenetic analyses demonstrated that cultivated ginseng maintained high levels of genetic and epigenetic diversity, but showed distinct cytosine methylation patterns compared with wild ginseng. The patterns of genetic and epigenetic variation revealed by this study have shed light on the domestication history of cultivated ginseng, which may serve as a framework for future genetic improvements.

Keywords: Panax ginseng; cytosine methylation; domestication; genetic and epigenetic diversity; traditional Chinese medicine.

MeSH terms

  • Asia
  • Chloroplasts / genetics
  • Crops, Agricultural / genetics
  • Cytosine / metabolism
  • DNA Methylation
  • DNA, Plant
  • Epigenesis, Genetic*
  • Evolution, Molecular*
  • Genetic Variation
  • Genome, Plant
  • Microsatellite Repeats
  • Panax / genetics*
  • Plants, Medicinal
  • Sequence Analysis, DNA

Substances

  • DNA, Plant
  • Cytosine

Associated data

  • BioProject/PRJNA251960
  • BioProject/PRJNA285017
  • GENBANK/KJ884517
  • GENBANK/KJ884518
  • GENBANK/KJ884519
  • GENBANK/KJ884520
  • GENBANK/KJ884521
  • GENBANK/KJ884522
  • GENBANK/KJ884523
  • GENBANK/KJ884524
  • GENBANK/KJ884525
  • GENBANK/KJ884526
  • GENBANK/KJ884527
  • GENBANK/KJ884528
  • GENBANK/KJ884529
  • GENBANK/KJ884530
  • GENBANK/KJ884531
  • GENBANK/KJ884532
  • GENBANK/KJ884533
  • GENBANK/KJ884534
  • GENBANK/KJ884535
  • GENBANK/KJ884536
  • GENBANK/KJ884537
  • GENBANK/KJ884538
  • GENBANK/KJ884539
  • GENBANK/KJ884540
  • GENBANK/KJ884541
  • GENBANK/KJ884542
  • GENBANK/KJ884543
  • GENBANK/KJ884544
  • GENBANK/KJ884545
  • GENBANK/KJ884546
  • GENBANK/KJ884547
  • GENBANK/KJ884548
  • GENBANK/KJ884549
  • GENBANK/KJ884550
  • GENBANK/KJ884551
  • GENBANK/KJ884552
  • GENBANK/KJ884553
  • GENBANK/KJ884554
  • GENBANK/KJ884555
  • GENBANK/KJ884556
  • GENBANK/KJ884557
  • GENBANK/KJ884558
  • GENBANK/KJ884559
  • GENBANK/KJ884560
  • GENBANK/KJ884561
  • GENBANK/KJ884562
  • GENBANK/KJ884563
  • GENBANK/KJ884564
  • GENBANK/KJ884565
  • GENBANK/KJ884566
  • GENBANK/KJ884567
  • GENBANK/KJ884568
  • GENBANK/KJ884569
  • GENBANK/KJ884570
  • GENBANK/KJ884571
  • GENBANK/KJ884572
  • GENBANK/KJ884573
  • GENBANK/KJ884574
  • GENBANK/KJ884575
  • GENBANK/KJ884576
  • GENBANK/KJ884577
  • GENBANK/KJ884578
  • GENBANK/KJ884579
  • GENBANK/KJ884580
  • GENBANK/KJ884581
  • GENBANK/KJ884582
  • GENBANK/KJ884583
  • GENBANK/KJ884584
  • GENBANK/KJ884585
  • GENBANK/KJ884586
  • GENBANK/KJ884587
  • GENBANK/KJ884588
  • GENBANK/KJ884589
  • GENBANK/KJ884590
  • GENBANK/KJ884591
  • GENBANK/KJ884592
  • GENBANK/KJ884593
  • GENBANK/KJ884594
  • GENBANK/KJ884595
  • GENBANK/KJ884596
  • GENBANK/KJ884597
  • GENBANK/KJ884598
  • GENBANK/KJ884599
  • GENBANK/KJ884600
  • GENBANK/KJ884601
  • GENBANK/KJ884602
  • GENBANK/KJ884603
  • GENBANK/KJ884604
  • GENBANK/KJ884605
  • GENBANK/KJ884606
  • GENBANK/KJ884607
  • GENBANK/KJ884608
  • GENBANK/KJ884609
  • GENBANK/KJ884610
  • GENBANK/KJ884611
  • GENBANK/KJ884612
  • GENBANK/KJ884613
  • GENBANK/KJ884614
  • GENBANK/KJ884615
  • GENBANK/KJ884616
  • GENBANK/KJ884617
  • GENBANK/KJ884618
  • GENBANK/KJ884619
  • GENBANK/KJ884620
  • GENBANK/KJ884621
  • GENBANK/KJ884622
  • GENBANK/KJ884623
  • GENBANK/KJ884624
  • GENBANK/KJ884625
  • GENBANK/KJ884626
  • GENBANK/KJ884627
  • GENBANK/KJ884628
  • GENBANK/KJ884629
  • GENBANK/KJ884630
  • GENBANK/KJ884631
  • GENBANK/KJ884632
  • GENBANK/KJ884633
  • GENBANK/KJ884634
  • GENBANK/KJ884635
  • GENBANK/KJ884636
  • GENBANK/KJ884637
  • GENBANK/KJ884638
  • GENBANK/KJ884639
  • GENBANK/KJ884640
  • GENBANK/KJ884641
  • GENBANK/KJ884642
  • GENBANK/KJ884643
  • GENBANK/KJ884644
  • GENBANK/KJ884645
  • GENBANK/KJ884646
  • GENBANK/KJ884647
  • GENBANK/KJ884648
  • GENBANK/KJ884649
  • GENBANK/KJ884650
  • GENBANK/KJ884651
  • GENBANK/KJ884652
  • GENBANK/KJ884653
  • GENBANK/KJ884654
  • GENBANK/KJ884655
  • GENBANK/KJ884656
  • GENBANK/KJ884657
  • GENBANK/KJ884658
  • GENBANK/KJ884659
  • GENBANK/KJ884660
  • GENBANK/KJ884661
  • GENBANK/KJ884662
  • GENBANK/KJ884663
  • GENBANK/KJ884664
  • GENBANK/KJ884665
  • GENBANK/KJ884666
  • GENBANK/KJ884667
  • GENBANK/KJ884668
  • GENBANK/KJ884669
  • GENBANK/KJ884670
  • GENBANK/KJ884671
  • GENBANK/KJ884672
  • GENBANK/KJ884673
  • GENBANK/KJ884674
  • GENBANK/KJ884675
  • GENBANK/KJ884676
  • GENBANK/KJ884677
  • GENBANK/KJ884678
  • GENBANK/KJ884679
  • GENBANK/KJ884680
  • GENBANK/KJ884681
  • GENBANK/KJ884682
  • GENBANK/KJ884683
  • GENBANK/KJ884684
  • GENBANK/KJ884685
  • GENBANK/KJ884686
  • GENBANK/KJ884687
  • GENBANK/KJ884688
  • GENBANK/KJ884689
  • GENBANK/KJ884690
  • GENBANK/KJ884691
  • GENBANK/KJ884692
  • GENBANK/KJ884693
  • GENBANK/KJ884694
  • GENBANK/KJ884695
  • GENBANK/KJ884696
  • GENBANK/KJ884697
  • GENBANK/KJ884698
  • GENBANK/KJ884699
  • GENBANK/KJ884700
  • GENBANK/KJ884701
  • GENBANK/KJ884702
  • GENBANK/KJ884703
  • GENBANK/KJ884704
  • GENBANK/KJ884705
  • GENBANK/KJ884706
  • GENBANK/KJ884707
  • GENBANK/KJ884708
  • GENBANK/KJ884709
  • GENBANK/KJ884710
  • GENBANK/KJ884711
  • GENBANK/KJ884712
  • GENBANK/KJ884713
  • GENBANK/KJ884714
  • GENBANK/KJ884715
  • GENBANK/KJ884716
  • GENBANK/KJ884717
  • GENBANK/KJ884718
  • GENBANK/KJ884719
  • GENBANK/KJ884720
  • GENBANK/KJ884721
  • GENBANK/KJ884722
  • GENBANK/KJ884723
  • GENBANK/KJ884724
  • GENBANK/KJ884725
  • GENBANK/KJ884726
  • GENBANK/KJ884727
  • GENBANK/KJ884728
  • GENBANK/KJ884729
  • GENBANK/KJ884730
  • GENBANK/KJ884731
  • GENBANK/KJ884732
  • GENBANK/KJ884733
  • GENBANK/KJ884734
  • GENBANK/KJ884735
  • GENBANK/KJ884736
  • GENBANK/KJ884737
  • GENBANK/KJ884738
  • GENBANK/KJ884739
  • GENBANK/KJ884740
  • GENBANK/KJ884741
  • GENBANK/KJ884742
  • GENBANK/KJ884743
  • GENBANK/KJ884744
  • GENBANK/KJ884745
  • GENBANK/KJ884746
  • GENBANK/KJ884747
  • GENBANK/KJ884748
  • GENBANK/KJ884749
  • GENBANK/KJ884750
  • GENBANK/KJ884751
  • GENBANK/KJ884752
  • GENBANK/KJ884753
  • GENBANK/KJ884754
  • GENBANK/KJ884755
  • GENBANK/KJ884756
  • GENBANK/KJ884757
  • GENBANK/KJ884758
  • GENBANK/KJ884759
  • GENBANK/KJ884760
  • GENBANK/KJ884761
  • GENBANK/KJ884762
  • GENBANK/KJ884763
  • GENBANK/KJ884764
  • GENBANK/KJ884765
  • GENBANK/KJ884766
  • GENBANK/KJ884767
  • GENBANK/KJ884768
  • GENBANK/KJ884769
  • GENBANK/KJ884770
  • GENBANK/KJ884771
  • GENBANK/KJ884772
  • GENBANK/KJ884773
  • GENBANK/KJ884774
  • GENBANK/KJ884775
  • GENBANK/KJ884776
  • GENBANK/KJ884777
  • GENBANK/KJ884778
  • GENBANK/KJ884779
  • GENBANK/KJ884780
  • GENBANK/KJ884781
  • GENBANK/KJ884782
  • GENBANK/KJ884783
  • GENBANK/KJ884784
  • GENBANK/KJ884785
  • GENBANK/KJ884786
  • GENBANK/KJ884787
  • GENBANK/KJ884788
  • GENBANK/KJ884789
  • GENBANK/KJ884790
  • GENBANK/KJ884791
  • GENBANK/KJ884792
  • GENBANK/KJ884793
  • GENBANK/KJ884794
  • GENBANK/KJ884795
  • GENBANK/KJ884796
  • GENBANK/KJ884797
  • GENBANK/KJ884798
  • GENBANK/KJ884799
  • GENBANK/KJ884800
  • GENBANK/KJ884801
  • GENBANK/KJ884802
  • GENBANK/KJ884803
  • GENBANK/KJ884804
  • GENBANK/KJ884805
  • GENBANK/KJ884806
  • GENBANK/KJ884807
  • GENBANK/KJ884808
  • GENBANK/KJ884809
  • GENBANK/KJ884810
  • GENBANK/KJ884811
  • GENBANK/KJ884812
  • GENBANK/KJ884813
  • GENBANK/KJ884814
  • GENBANK/KJ884815
  • GENBANK/KJ884816
  • GENBANK/KJ884817
  • GENBANK/KJ884818
  • GENBANK/KJ884819
  • GENBANK/KJ884820
  • GENBANK/KJ884821
  • GENBANK/KJ884822
  • GENBANK/KJ884823
  • GENBANK/KJ884824
  • GENBANK/KJ884825
  • GENBANK/KJ884826
  • GENBANK/KJ884827
  • GENBANK/KJ884828
  • GENBANK/KJ884829
  • GENBANK/KJ884830
  • GENBANK/KJ884831
  • GENBANK/KJ884832
  • GENBANK/KJ884833
  • GENBANK/KJ884834
  • GENBANK/KJ884835
  • GENBANK/KJ884836
  • GENBANK/KJ884837
  • GENBANK/KJ884838
  • GENBANK/KJ884839
  • GENBANK/KJ884840
  • GENBANK/KJ884841
  • GENBANK/KJ884842
  • GENBANK/KJ884843
  • GENBANK/KJ884844
  • GENBANK/KJ884845
  • GENBANK/KJ884846
  • GENBANK/KJ884847
  • GENBANK/KJ884848
  • GENBANK/KJ884849
  • GENBANK/KJ884850
  • GENBANK/KJ884851
  • GENBANK/KJ884852
  • GENBANK/KJ884853
  • GENBANK/KJ884854
  • GENBANK/KJ884855
  • GENBANK/KJ884856
  • GENBANK/KJ884857
  • GENBANK/KJ884858
  • GENBANK/KJ884859
  • GENBANK/KJ884860
  • GENBANK/KJ884861
  • GENBANK/KJ884862
  • GENBANK/KJ884863
  • GENBANK/KJ884864
  • GENBANK/KJ884865
  • GENBANK/KJ884866
  • GENBANK/KJ884867
  • GENBANK/KJ884868
  • GENBANK/KJ884869
  • GENBANK/KJ884870
  • GENBANK/KJ884871
  • GENBANK/KJ884872
  • GENBANK/KJ884873
  • GENBANK/KJ884874
  • GENBANK/KJ884875
  • GENBANK/KJ884876
  • GENBANK/KJ884877
  • GENBANK/KJ884878
  • GENBANK/KJ884879
  • GENBANK/KJ884880
  • GENBANK/KJ884881
  • GENBANK/KJ884882
  • GENBANK/KJ884883
  • GENBANK/KJ884884
  • GENBANK/KJ884885
  • GENBANK/KJ884886
  • GENBANK/KJ884887
  • GENBANK/KJ884888
  • GENBANK/KJ884889
  • GENBANK/KJ884890
  • GENBANK/KJ884891
  • GENBANK/KJ884892
  • GENBANK/KJ884893
  • GENBANK/KJ884894
  • GENBANK/KJ884895
  • GENBANK/KJ884896
  • GENBANK/KJ884897
  • GENBANK/KJ884898
  • GENBANK/KJ884899
  • GENBANK/KJ884900
  • GENBANK/KJ884901
  • GENBANK/KJ884902
  • GENBANK/KJ884903
  • GENBANK/KJ884904
  • GENBANK/KJ884905
  • GENBANK/KJ884906
  • GENBANK/KJ884907
  • GENBANK/KJ884908
  • GENBANK/KJ884909
  • GENBANK/KJ884910
  • GENBANK/KJ884911
  • GENBANK/KJ884912
  • GENBANK/KJ884913
  • GENBANK/KJ884914
  • GENBANK/KJ884915
  • GENBANK/KJ884916
  • GENBANK/KJ884917
  • GENBANK/KJ884918
  • GENBANK/KJ884919
  • GENBANK/KJ884920
  • GENBANK/KJ884921
  • GENBANK/KJ884922
  • GENBANK/KJ884923
  • GENBANK/KJ884924
  • GENBANK/KJ884925
  • GENBANK/KJ884926
  • GENBANK/KJ884927
  • GENBANK/KJ884928
  • GENBANK/KJ884929
  • GENBANK/KJ884930
  • GENBANK/KJ884931
  • GENBANK/KJ884932
  • GENBANK/KJ884933
  • GENBANK/KJ884934
  • GENBANK/KJ884935
  • GENBANK/KJ884936
  • GENBANK/KJ884937
  • GENBANK/KJ884938
  • GENBANK/KJ884939
  • GENBANK/KJ884940
  • GENBANK/KJ884941
  • GENBANK/KJ884942
  • GENBANK/KJ884943
  • GENBANK/KJ884944
  • GENBANK/KJ884945
  • GENBANK/KJ884946
  • GENBANK/KJ884947
  • GENBANK/KJ884948
  • GENBANK/KJ884949
  • GENBANK/KJ884950
  • GENBANK/KJ884951
  • GENBANK/KJ884952
  • GENBANK/KJ884953
  • GENBANK/KJ884954
  • GENBANK/KJ884955
  • GENBANK/KJ884956
  • GENBANK/KJ884957
  • GENBANK/KJ884958
  • GENBANK/KJ884959
  • GENBANK/KJ884960
  • GENBANK/KJ884961
  • GENBANK/KJ884962
  • GENBANK/KJ884963
  • GENBANK/KJ884964
  • GENBANK/KJ884965
  • GENBANK/KJ884966
  • GENBANK/KJ884967
  • GENBANK/KJ884968
  • GENBANK/KJ884969
  • GENBANK/KJ884970
  • GENBANK/KJ884971
  • GENBANK/KJ884972
  • GENBANK/KJ884973
  • GENBANK/KJ884974
  • GENBANK/KJ884975
  • GENBANK/KJ884976
  • GENBANK/KJ884977
  • GENBANK/KJ884978
  • GENBANK/KJ884979
  • GENBANK/KJ884980
  • GENBANK/KJ884981
  • GENBANK/KJ884982
  • GENBANK/KJ884983
  • GENBANK/KJ884984
  • GENBANK/KJ884985
  • GENBANK/KJ884986
  • GENBANK/KJ884987
  • GENBANK/KJ884988
  • GENBANK/KJ884989
  • GENBANK/KJ884990
  • GENBANK/KJ884991
  • GENBANK/KJ884992
  • GENBANK/KJ884993
  • GENBANK/KJ884994
  • GENBANK/KJ884995
  • GENBANK/KJ884996
  • GENBANK/KJ884997
  • GENBANK/KJ884998
  • GENBANK/KJ884999
  • GENBANK/KJ885000
  • GENBANK/KJ885001
  • GENBANK/KJ885002
  • GENBANK/KJ885003
  • GENBANK/KJ885004
  • GENBANK/KJ885005
  • GENBANK/KJ885006
  • GENBANK/KJ885007
  • GENBANK/KJ885008
  • GENBANK/KJ885009
  • GENBANK/KJ885010
  • GENBANK/KJ885011
  • GENBANK/KJ885012
  • GENBANK/KJ885013
  • GENBANK/KJ885014
  • GENBANK/KJ885015
  • GENBANK/KJ885016
  • GENBANK/KJ885017
  • GENBANK/KJ885018
  • GENBANK/KJ885019
  • GENBANK/KJ885020
  • GENBANK/KJ885021
  • GENBANK/KJ885022
  • GENBANK/KJ885023
  • GENBANK/KJ885024
  • GENBANK/KJ885025
  • GENBANK/KJ885026
  • GENBANK/KJ885027
  • GENBANK/KJ885028
  • GENBANK/KJ885029
  • GENBANK/KJ885030
  • GENBANK/KJ885031
  • GENBANK/KJ885032
  • GENBANK/KJ885033
  • GENBANK/KJ885034
  • GENBANK/KJ885035
  • GENBANK/KJ885036
  • GENBANK/KJ885037
  • GENBANK/KJ885038
  • GENBANK/KJ885039
  • GENBANK/KJ885040
  • GENBANK/KJ885041
  • GENBANK/KJ885042
  • GENBANK/KJ885043
  • GENBANK/KJ885044
  • GENBANK/KJ885045
  • GENBANK/KJ885046
  • GENBANK/KJ885047
  • GENBANK/KJ885048
  • GENBANK/KJ885049
  • GENBANK/KJ885050
  • GENBANK/KJ885051
  • GENBANK/KJ885052
  • GENBANK/KJ885053
  • GENBANK/KJ885054
  • GENBANK/KJ885055
  • GENBANK/KJ885056
  • GENBANK/KJ885057
  • GENBANK/KJ885058
  • GENBANK/KJ885059
  • GENBANK/KJ885060
  • GENBANK/KJ885061
  • GENBANK/KJ885062
  • GENBANK/KJ885063
  • GENBANK/KJ885064
  • GENBANK/KJ885065
  • GENBANK/KJ885066
  • GENBANK/KJ885067
  • GENBANK/KJ885068
  • GENBANK/KJ885069
  • GENBANK/KJ885070
  • GENBANK/KJ885071
  • GENBANK/KJ885072
  • GENBANK/KJ885073
  • GENBANK/KJ885074
  • GENBANK/KJ885075
  • GENBANK/KJ885076
  • GENBANK/KJ885077
  • GENBANK/KJ885078
  • GENBANK/KJ885079
  • GENBANK/KT161154
  • GENBANK/KT161155
  • GENBANK/KT161156
  • GENBANK/KT161157
  • GENBANK/KT161158
  • GENBANK/KT161159
  • GENBANK/KT161160
  • GENBANK/KT161161
  • GENBANK/KT161162
  • GENBANK/KT161163
  • GENBANK/KT161164
  • GENBANK/KT161165
  • GENBANK/KT161166
  • GENBANK/KT161167
  • GENBANK/KT161168
  • GENBANK/KT161169
  • GENBANK/KT161170
  • GENBANK/KT161171
  • GENBANK/KT161172
  • GENBANK/KT161173
  • GENBANK/KT161174
  • GENBANK/KT161175
  • GENBANK/KT161176
  • GENBANK/KT161177
  • GENBANK/KT161178
  • GENBANK/KT161179
  • GENBANK/KT161180
  • GENBANK/KT161181
  • GENBANK/KT161182
  • GENBANK/KT161183
  • GENBANK/KT161184
  • GENBANK/KT161185
  • GENBANK/KT161186
  • GENBANK/KT161187
  • GENBANK/KT161188
  • GENBANK/KT161189
  • GENBANK/KT161190
  • GENBANK/KT161191
  • GENBANK/KT161192
  • GENBANK/KT161193
  • GENBANK/KT161194
  • GENBANK/KT161195
  • GENBANK/KT161196
  • GENBANK/KT161197
  • GENBANK/KT161198
  • GENBANK/KT161199
  • GENBANK/KT161200
  • GENBANK/KT161201
  • GENBANK/KT161202
  • GENBANK/KT161203
  • GENBANK/KT161204
  • GENBANK/KT161205
  • GENBANK/KT161206
  • GENBANK/KT161207
  • GENBANK/KT161208
  • GENBANK/KT161209
  • GENBANK/KT161210
  • GENBANK/KT161211
  • GENBANK/KT161212
  • GENBANK/KT161213
  • GENBANK/KT161214
  • GENBANK/KT161215
  • GENBANK/KT161216
  • GENBANK/KT161217
  • GENBANK/KT161218
  • GENBANK/KT161219
  • GENBANK/KT161220
  • GENBANK/KT161221
  • GENBANK/KT161222
  • GENBANK/KT161223
  • GENBANK/KT161224
  • GENBANK/KT161225
  • GENBANK/KT161226
  • GENBANK/KT161227
  • GENBANK/KT161228
  • GENBANK/KT161229
  • GENBANK/KT161230
  • GENBANK/KT161231
  • GENBANK/KT161232
  • GENBANK/KT161233
  • GENBANK/KT161234