Полиморфизм ITS-последовательностей генов 35S рРНК у видов Elymus dahuricus aggr.: два криптических вида?


https://doi.org/10.18699/VJ19.493

Полный текст:


Аннотация

Секвенированы последовательности внутренних транскрибируемых спейсеров (ITS) 23 видов и подвидов Elymus sensu lato. При анализе молекулярно-филогенетической сети Neighbor-Net все последовательности ITS образцов Elymus s. l. были разделены на четыре типа: основной северный Elymus-риботип, основной южный Elymus-риботип, северный dahuricus-риботип и южный dahuricus-риботип. рДНК основного южного риботипа родственна рДНК диплоидного вида Pseudoroegneria stipifolia (PI 313960) и P. spicata (PI 547161). рДНК основного северного риботипа родственна рДНК P. cognata (PI 531720), диплоидного вида из Казахстана, несущего StY – вариант St-генома. Основной северный риботип широко распространен у видов Elymus Сибири и Дальнего Востока, включая Якутию и Чукотку. Основной южный St-риботип характерен для относительно южных популяций Elymus и Pseudoroegneria, включая Закавказье, Приморье, Пакистан, Южную Корею. Отметим, что северный Elymus dahuricus-риботип и южный Elymus dahuricus-риботип были обнаружены у всех четырех видов группы родства E. dahuricus aggr.: E. dahuricus Turcz. ex Griseb., E. franchetii Kitag., E. excelsus Turcz. ex Griseb. и у гималайского вида E. tangutorum (Nevski) Hand.-Mazz. Иными словами, молекулярно-филогенетические исследования образцов, относимых к E. dahuricus aggr., говорят о том, что в Сибири, на Дальнем Востоке и в Северном Китае существуют по крайней мере две группы популяций (две расы), надежно различающиеся по ITS-последовательностям, в каждой из которых представлены все морфологические формы, относимые сейчас одними систематиками к четырем разным видам E. dahuricus aggr. (E. dahuricus sensu stricto, E. franchetii, E. tangutorum, E. excelsus), а другими – к одному виду Campeiostachys dahurica (Turcz. ex Griseb.) B.R. Baum, J.L. Yang et C.C. Yen. Имеются ли между этими группами морфологические различия, или это криптические виды (подвиды) – неизвестно, но с уверенностью можно сказать, что если различия в морфологии между этими двумя расами есть, то они не связаны с признаками, которые сейчас считаются таксономически значимыми и используются для разделения E. dahuricus s. s., E. franchetii, E. excelsus, E. tangutorum.

Об авторах

А. В. Родионов
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет
Россия
биологический факультет


К. С. Добрякова
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук
Россия


Н. Н. Носов
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук
Россия


А. А. Гнутиков
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР)
Россия


Е. О. Пунина
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук
Россия


А. А. Крюков
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии
Россия


В. С. Шнеер
Ботанический институт им. В.Л. Комарова Российской академии наук
Россия


Список литературы

1. Agafonov A.V. The principle of recombinating and introgressive gene pools in biosystematics of genus Elymus L. in Northern Eurasia. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal = Sib. Ecol. J. 1997;4(1):81-89. (in Russian)

2. Agafonov A.V. Differentiation of the genus Elymus L. (Triticeae: Poaceae) in the Asiatic part of Russia in the view of taxonomical genetics. Sibirskiy Botanicheskiy Vestnik = Siberian Botanical Bulletin. 2007;2(1):5-15. (in Russian)

3. Agafonov A.V., Baum B.R., Bailey L.G., Agafonova O.V. Differentiation in the Elymus dahuricus complex (Poaceae): evidence from grain protеins, DNA, and crossability. Hereditas. 2001;135(2-3): 277-289.

4. Assadi M. Experimental hybridization and genome analysis in Elymus L. Sect. Caespitosae and Sect. Elytrigia (Poaceae: Triticeae). Herbarium Publications. 1994;Paper 21. https://digitalcommons.usu. edu/herbarium_pubs/21

5. Baum B.R., Yang J.-L., Yen C., Agafonov A.V. A taxonomic synopsis of the genus Campeiostachys Drobov. J. Syst. Evol. 2011;49(2):146- 159. DOI 10.1111/j.1759-6831.2010.00106.x.

6. Bickford D., Lohman D.J., Sodhi N.S., Ng P.K.L., Meier R., Winker K., Ingram K.K., Das I. Cryptic species as a window on diversity and conservation. Trends Ecol. Evol. 2007;22:148-155. DOI 10.1016/j. tree.2006.11.004.

7. Bryant D., Moulton V. Neighbor-net: an agglomerative method for the construction of phylogenetic networks. Mol. Biol. Evol. 2004; 21(2):255-265. DOI 10.1093/molbev/msh018.

8. Dewey D.R. The Genomic System of Classification as a Guide to Intergeneric Hybridization with the Perennial Triticeae. In: Gustafson J.P. (Ed.). Gene Manipulation in Plant Improvement. Springer, Boston, MA, 1984;209-279. DOI 10.1007/978-1-4613-2429-4_9.

9. Dewey D.R. PI 531720. Elytrigia geniculate subsp. ferganensis (Drobov) Tzvelev, POACEAE. In: Plant Inventory No. 198, Pt. I. Plant Materials Introduced January 1 to June 30, 1989 (Nos. 527507 to 532832). Beltsville: Agricult. Res. Center, 1990a:429-430.

10. Dewey D.R. PI 531752 origin: Soviet Union, origin institute: Institute of Zoology and Botany, Tartu, Estonian S.S.R., other id: J-14.

11. locality: Hill, Ai-Petri, Crimea. elevation: 1200m. In: Plant Inventory No. 198, Pt. I. Plant Materials Introduced January 1 to June 30, 1989 (Nos. 527507 to 532832). Beltsville: Agricult. Res. Center, 1990b:435.

12. Dizkirici A., Kaya Z., Cabi E., Dogan M. Phylogenetic relationships of Elymus L. and related genera (Poaceae: Triticeae Dumort.) based on the nuclear ribosomal internal transcribed spacer sequences. Turk. J. Bot. 2010;34(6):467-478. DOI 10.3906/bot-0912-249.

13. Dobryakova K.S., Nosov N.N. ITS1-gene 5.8S rRNA-ITS2 and trnLtrnF sequence variability during the divergence of Elymus L. species of the flora of Siberia and Russian Far East. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Universiteta = Vestnik of Saint Petersburg University. Ser. 3: Biology. 2015;4:4-17. (in Russian)

14. Dong Z.Z., Fan X., Sha L.N., Wang Y., Zeng J., Kang H.-Y., Zhang H.-Q., Wang X.-L., Zhang L., Ding C.-B., Yang R.-W., Zhou Y.-H. Phylogeny and differentiation of the St genome in Elymus L. sensu lato (Triticeae; Poaceae) based on one nuclear DNA and two chloroplast genes. BMC Plant Biol. 2015;15(1):179. DOI 10.1186/s12870-015-0517-2.

15. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem. Bull. 1987;19:11-15.

16. Gao G., Deng J., Gou X., Wang Q., Ding C., Zhang L., Zhou Y., Yang R. Phylogenetic relationships among Elymus and related diploid genera (Triticeae: Poaceae) based on nuclear rDNA ITS sequences. Biologia. 2015;70(2):183-189. DOI 10.1515/biolog-2015-0019.

17. Huson D.H., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 2006;23(2):254-267. DOI 10.1093/ molbev/msj030.

18. Hyland H.L. (Ed.) 313960 Agropyron gracillimum Nevski, Gramineae. Seen from Botanical Garden, Stavropol. Received April 28, 1966. Plant Inventory No. 174. Washington, 1969;1270.

19. Jensen K.B., Chen S.-L. An overview: Systematic relationships of Elymus and Roegneria (Poaceae). Hereditas. 1992;116:127-132.

20. Khuat T.M.L., Divashuk M.G., Kroupin P.Y., Nguen P.A., Kiseleva A.V., Karlov G.I. Differences in ploidy level and genome constitution revealed by cytogenetic analysis of Pseudoroegneria germplasm accessions: case study. Izvestiya TSKhA = Izvestiya of Timiryazev Agricultural Academy. 2015;2:29-34.

21. Liu Q., Ge S., Tang H., Zhang X., Zhu G., Lu B.R. Phylogenetic relationships in Elymus (Poaceae: Triticeae) based on the nuclear ribosomal internal transcribed spacer and chloroplast trnL-F sequences. New Phytol. 2006;170(2):411-420. Lotsy J.P. Species or Linneon? Genetica. 1925;7:487-506. DOI 10.1007/ BF01676287.

22. Lu B.R., Salomon B., von Bothmer R. Meiotic studies of the hybrids among Pseudoroegneria cognata, Elymus semicostatus and E. pendulinus (Poaceae). Hereditas. 1991;114:117-124.

23. Mason-Gamer R.J. Phylogeny of a genomically diverse group of Elymus (Poaceae) allopolyploids reveals multiple levels of reticulation. PLoS One. 2013; 8(11):e78449. DOI 10.1371/journal.pone. 0078449.

24. Okito P., Mott I.W., Wu Y., Wang R.R.-C. A Y-genome specific STS marker in Pseudoroegneria and Elymus species (Triticeae: Gramineae). Genome. 2009;52(4):391-400. DOI 10.1139/g09-015.

25. Petrova O.A. Chromosome set of some species of the genus Elytrigia Desv. of the flora of Ukraine. Biologicheskie Nauki = Biological Sciences. 1967;6:86-99 (in Russian)

26. Rabey H.E. Comparison of the internal transcribed spacer region (ITS) of the ribosomal RNA genes in wild and cultivated two and six-rowed barleys (Hordeum vulgare L.). Mol. Biol. Rep. 2014;41(2):849-854. DOI 10.1007/s11033-013-2925-4.

27. Ridgway K.P., Duck J.M., Young J.P.W. Identification of roots from grass swards using PCR-RFLP and FFLP of the plastid trnL (UAA) intron. BMC Ecol. 2003;3:8. DOI 10.1186/1472-6785-3-8.

28. Rodionov A.V., Dobryakova K.S., Nosov N.N., Punina E.O. The system of ribotypes in species of Elymus (Poaceae) does not agree with any system of sections and subsections proposed by taxonomists on the basis of comparative morphology. In: Conference on Taxonomy and Evolutionary Plant Morphology Dedicated to 85 Anniversary of V.N. Tikhomirov. Moscow, 31 January – 03 February 2017. Moscow, 2017;331-337.

29. Rodionov A.V., Dobryakova K.S., Punina E.O. Polymorphic sites in ITS1-5.8S rDNA-ITS2 region in hybridogenic genus × Elyhordeum and putative interspecific hybrids Elymus (Poaceae: Triticeae). Russ. J. Genet. 2018;54:1025-1039. DOI 10.1134/S1022795418090120.

30. Rodionov A.V., Kim E.S., Nosov N.N., Rajko M.P., Machs E.M., Punina E.O. Molecular phylogenetic study of the genus Colpodium sensu lato (Poaceae: Poeae). Ekologicheskaya Genetika = Ecological Genetics. 2008;6(4):34-46. DOI 10.17816/ecogen6434-46. (in Russian)

31. Savchkova E.P., Bailey L.G., Baum B.R., Agafonov A.V. Differentiation of the StHY-genomic Elymus dahuricus complex (Triticeae: Poaceae), revealed with the use of SDS electrophoresis of storage seed proteins and the AFLP analysis. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal = Siberian Journal of Ecology. 2003;1:33-42. (in Russian)

32. Shneyer V.S., Kotseruba V.V. Cryptic species in plants and their detection by genetic differentiation between populations. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2015;5:528-541. DOI 10.1134/S2079059715050111.

33. Song H., Nan Z.B., Tian P. Phylogenetic analysis of Elymus (Poaceae) in western China. Genet. Mol. Res. 2015;14(4):12228-12239. DOI 10.4238/2015.October.9.11.

34. Sun G.L., Zhang X.D. Origin of H genome in StH-genome Elymus species based on single copy nuclear gene DMC1. Genome. 2011; 54(8):655-662. DOI 10.1139/g11-036.

35. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol. 2013;30(12):2725-2729. DOI 10.1093/molbev/mst197.

36. Tzvelev N.N. About genomic criterion of genera in higher plants. Botanicheskii Zhurnal = Botanical Journal. 1991;76(5):669-675. (in Russian)

37. Tzvelev N.N., Probatova N.S. The genera Elymus L., Elytrigia Desv., Agropyron Gaertn., Psathyrostachys Nevski and Leymus Hochst. (Poaceae: Triticeae) in the flora of Russia. V.L. Komarov Memorial Lectures. Vladivostok: Dal’nauka Publ., 2010,57:5-102. (in Russian)

38. Wang R.R.C., Dewey D.R., Hsiao C. Genome analysis of the tetraploid Pseudoroegneria tauri. Crop Sci. 1986;26(4):723-727.

39. Wang X., Fan X., Zhang C., Sha L., Zhang H., Zhou Y. Phylogeny of species with the StH genome in Triticeae (Poaceae) inferred from nuclear rDNA ITS sequences. Acta Prataculturae Sinica. 2009;18(6): 82-90 (in Chinese)

40. White T.J., Bruns T., Lee S., Taylor J.W. Amplification and Direct Sequencing of Fungal Ribosomal RNA Genes for Phylogenetics. In: Innis M.A., Gelfand D.H., Sninsky J.J., White T.J. (Eds.). PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications. New York: Acad. Press, 1990;315-322. DOI 10.1016/B978-0-12-372180-8. 50042-1.

41. Wu P.P., Zuo H.W., Sun G., Wu D.X., Salomon B., Hu Q.W., Dong Z.R. Comparison of gene flow among species that occur within the same geographic locations versus gene flow among populations within species reveals introgression among several Elymus species. J. Syst. Evol. 2015;54(2):152-161. DOI 10.1111/jse.12172.

42. Yan C., Sun G., Sun D. Distinct origin of the Y and St genome in Elymus species: evidence from the analysis of a large sample of St genome species using two nuclear genes. PLoS One. 2011;6(10):e26853. DOI 10.1371/journal.pone.0026853.

43. Yang Y., Fan X., Wang L., Zhang H.Q., Sha L.N., Wang Y., Kang H.Y., Zeng J., Yu X.F., Zhou Y.H. Phylogeny and maternal donors of Elytrigia Desv. sensu lato (Triticeae; Poaceae) inferred from nuclear internal-transcribed spacer and trnL-F sequences. BMC Plant Biol. 2017;17(1):207. DOI 10.1186/s12870-017-1163-7.

44. Yen C., Yang J.L., Yen Y. Hitoshi Kihara, Áskell Löve and modern genetic concept of the genera in the tribe Triticeae (Poaceae). Acta Phytotaxon. Sin. 2005;43(1):82-93.

45. Yen C., Yang J.L. Historical review and prospect of taxonomy of tribe Triticeae Dumortier (Poaceae). Breed. Sci. 2009;59(5):513-518. DOI 10.1270/jsbbs.59.513.

46. Yu H.Q., Fan X., Zhang C., Ding C.B., Wang X.L., Zhou Y.H. Phylogenetic relationships of species in Pseudoroegneria (Poaceae: Triticeae) and related genera inferred from nuclear rDNA ITS (internal transcribed spacer) sequences. Biologia. 2008;63(4):498-505. DOI 10.2478/s11756-008-0091-2.


Дополнительные файлы

Просмотров: 19

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)