Оценка генетического полиморфизма образцов рода облепихи (Hippophae L.) различного эколого-географического происхождения посредством ISSR-маркеров

Облепиха, несмотря на всю ее популярность, не является массовым объектом генетических исследований. Предпринятые рядом зарубежных авторов попытки генотипирования этой культуры относятся исключительно к крупным систематическим группам – видам и подвидам. Вместе с тем чрезвычайно актуальным представляется изучение внутривидового генетического разнообразия облепихи Hippophae rhamnoides ssp. mongolica, произрастающей в Сибири, что обусловлено наличием большого количества так называемых экотипов, приуроченных к различным эколого-географическим провинциям. Отсутствие проверенной и отработанной методики определения структуры генома сибирской облепихи усложняет обозначенную задачу. В этой связи целью настоящего исследования была отработка методики ISSR-анализа применительно к образцам облепихи, произрастающим в условиях Сибири, а также предварительная оценка генетического полиморфизма сортообразцов облепихи различной популяционно-систематической принадлежности посредством методов молекулярного маркирования. В результате проведенных исследований отработана методика ISSR-анализа для облепихи, произрастающей в Сибири. Из 32 протестированных ISSR-маркеров выявлены шесть эффективных для анализа полиморфизма ISSR-локусов облепихи. Установлена оптимальная температура отжига для каждого праймера. Выполнен анализ полиморфизма ISSR-маркеров и генетического разнообразия 17 сортобразцов облепихи коллекции НИИ садоводства Сибири. Анализ ISSR-спектров растений облепихи выявил 56 амплифицированных фрагментов ДНК, из которых 36 были полиморфными. На основе полученных данных построена дендрограмма генетического сходства исследуемого материала, где растения одного сорта образуют один кластер и которая в целом согласуется с представлениями, согласно которым вид разделяется на подвиды, а подвид – на разные экотипы. По результатам кластерного анализа исследуемые образцы разделились на две группы: первая – относящиеся к H. rhamnoides ssp. mongolica, H. rhamnoides ssp. rhamnoides и H. rhamnoides ssp. caucasica; вторая – сортообразцы дунайского и ютландского экотипов, относящиеся к H. rhamnoides ssp. carpatica. Вхождение H. rhamnoides ssp. rhamnoides и H. rhamnoides ssp. caucasica в первую группу позволяет предполагать их более близкое генетическое родство с H. rhamnoides ssp. mongolica, что подтверждается схожими морфологическими особенностями. Полученные данные в части выявленного полиморфизма ISSR-локусов, а также результаты кластерного анализа позволяют рекомендовать ISSR-анализ для установления систематической принадлежности и генотипирования образцов облепихи.

1. Bartish I.V., Jeppsson N. Application of molecular markers to study the systematic, phylogeny, biogeography, genetic diversity and population genetics of Hippophae L. Seabuckthorn (Hippophae L.): A Multipurpose Wonder Plant. 2003;1:64-71.

2. Bartish I.V., Jeppsson Т., Bartish G.I., Lu R., Nybom H. Inter- and intraspecific genetic variation in Hippophae (Elaeagnaceae) investigated by RAPD markers. Plant Syst. Evol. 2000;225:85-101.

3. Bartish I.V., Jeppsson N., Nybom H. Population genetic structure in the dioecious pioneer plant species Hippophae rhamnoides investigated by random amplified polymorphic DNA (RAPD) markers. Mol. Ecol. 1999;8:791-802. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.1999.00631x.

4. Boronnikova S.V. Investigation of genetic variability in the population of the rare Adenophora lilifolia (L.) DC. species of the Ural region on the basis of ISSR marker analyses. Genetika = Genetics (Moscow). 2009;45(5):652-655. (in Russian)

5. Chen G., Wang Y., Zhao C., Korpelainen H., Li C. Genetic diversity of Hippophae rhamnoides populations at varying altitudes in the Wolong natural reserve of China as revealed by ISSR. Silvae Genet. 2008;57(1):29-36.

6. Jain A., Chaudhary S., Sharma P.C. Application of DNA technologies for improvement of seabuckthorn. Seabuckthorn (Hippophae L.): A Multipurpose Wonder Plant. 2014;4:167-178.

7. Kutsev M.G. Fragmentnyy analiz DNK rasteniy: RAPD, DAF, ISSR [Fragment analysis of plant DNA: RAPD, DAF, and ISSR]. Barnaul, Artika Publ., 2009. (in Russian)

8. Lacis G., Kota I., Rungis D. Application of SSR markers for the assessment of genetic diversity in Latvian seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.). Seabuckthorn (Hippophae L.): A Multipurpose Wonder Plant. 2014;4:157-166.

9. Li H., Ruan C.-J., Teixeira da Silva J.A. Identification and genetic relationship based on ISSR analysis in a germplasm collection of sea buckthorn (Hippophae L.) from China and other countries. Sci. Hortic. 2009;123(2):263-271.

10. Miller M.P. Tools for population genetic analyses (TFPGA) 1.3: A Windows program for the analysis of allozyme and molecular population genetic data. Computer software distributed by author, 1997.

11. Novikova A.A., Sheykina O.V., Novikov O.V., Doronina G.U. Assessment of the possibility of applying ISSR-markers to the taxonomy and genetic classification of plants belonging to the Rhododendron genus. Nauchnyy zhurnal KubGAU = Scientific Journal of KubSAU. 2012;82(08):1-11. (in Russian)

12. Omasheva M.E., Aubakirova K.P., Ryabushkina N.A. Molecular markers: Causes and consequences of genotyping errors. Biotekhnologiya. Teoriya i praktika = Biothechnology: Theory and Practice. 2013;4:20-28. (in Russian)

13. Raina S.N., Jain S., Sehgal D., Kumar A., Dar T.H., Bhat V., Pandey V., Vaishnavi S., Bhargav A., Singh V., Rani V., Tandon R., Tewari M., Mahmoudi A. Diversity and relationships of multipurpose seabuckthorn (Hippophae L.) germplasm from the Indian Himalayas as assessed by AFLP and SAMPL markers. Genet. Resour. Crop Evol. 2012;59:1033-1053. https://doi.org/10.1007/s10722-011-9742-1.

14. Sun K., Chen X., Ma R., Li C., Wang Q., Ge S. Molecular phylogenetics of Hippophae L. (Elaeagnaceae) based on the internal transcribed spacer (ITS) sequences of nrDNA. Plant Syst. Evol. 2002;235: 121-134.

15. Tian C., Lei Y., Shi S. Genetic diversity of sea buckthorn (Hippophae rhamnoides) populations in northeastern and northwestern China as revealed by ISSR markers. New Forests. 2004;27(3):229-237.

16. Wang Y., Jiang H., Peng S., Korpelainen H. Genetic structure in fragmented populations of Hippophae rhamnoides ssp. sinensis in China investigated by ISSR and cpSSR markers. Plant Syst. Evol. 2011; 295:97-107.

17. Yao Y., Tigerstedt P.M.A. Isozyme studies of genetic diversity and evolution in Hippophae. Genet. Resour. Crop Evol. 1993;40:153-164.

18. Yongshan L., Xuelin C., Hong L. Taxonomy of seabuckthorn (Hippophae L.). Seabuckthorn (Hippophae L.): A Multipurpose Wonder Plant. 2003a;1:35-46.

19. Yongshan L., Xuelin C., Kun S., Ruijun M. A new subspecies of Hippophae (Elaeagnaceae) from China. Novon. 2003b;13(2):200-202.