Выявление геномного состава аллополиплоидных видов рода Elymus(Poaceae: Triticeae) Азиатской России с помощью CAPS-анализа

Род ElymusL. наряду с пшеницей, рожью и ячменем принадлежит к трибе Triticeae. Помимо своего хозяйственного значения, эта триба характеризуется широким распространением аллополиплоидных  таксонов, которые формируются в ходе межвидовой и межродовой гибридизации и последующих преобразований вовлеченных в гибридизацию диплоидных геномов. Для идентификации исходных геномов в составе полиплоидов удобны малокопийные ядерные гены, менее подверженные процессам реорганизации, чем  повторенные некодирующие элементы. В настоящей работе разработан удобный CAPS-маркер для различения базисных геномов St, H, Y, входящих в состав азиатских видов рода Elymus, с помощью электрофоретического анализа фрагментов рестрикции ПЦР-амплифицированного участка гена, кодирующего β-амилазу.  В России распространено около 50 видов Elymusпредположительно трех гапломных комбинаций: StH, StY  и StHY. Наименее изученными остаются бореальные StH-геномные виды – эндемики Российской Федерации. По результатам анализа ранее изученных разными авторами нуклеотидных последовательностей гена  β-амилазы была отобрана эндонуклеаза рестрикцииTaqI, которая имела различающиеся по положению  сайты узнавания в составе вышеуказанного фрагмента из геномов St, H и Y. В результате расщепления ПЦР-продукта эндонуклеазой TaqI у каждого из исходных гапломов формировался специфичный паттерн фрагментов рестрикции, легко визуализируемый в агарозном геле. Проанализирована выборка из 68 образцов,  принадлежащих 32 видам. У 15 видов была подтверждена ранее известная геномная конституция, у E. kamoji этот метод не позволил выявить присутствие генома H. Предполагается возможное происхождение данного  варианта генома H от другого вида Hordeum. У 16 видов геномная конституция определена впервые. Пока-зано, что большинство изученных видов бореальной группы видов из Сибири и Российского Дальнего Востока имеют геномную конституцию StStHH. Исключение составил E. amurensis, филогенетически близкий к  StY-геномному виду E. ciliarisи также имеющий геномный состав StStYY. Сделан вывод, что основное видовое  разнообразие StH-геномной группы находится севернее центра происхождения большинства StY-геномных  видов рода.

1. Agafonov A.V., Asbaganov S.V., Shabanova (Kobozeva) E.V., Morozov I.V., Bondar A.A. Genome constitution and differentiation of subgenomes in Siberian and Far Eastern endemic species of the genus Elymus (Poaceae) according to the sequencing of the nuclear gene waxy. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2019;23(7):817­-826. DOI 10.18699/VJ19.555. (in Russian)

2. Agafonov A.V., Kobozeva E.V., Asbaganov S.V., ShmakovN.A. Current achievements and prospects of construction of a phylogeneti­cally oriented taxonomy of the genus Elymus(Poaceae: Triticeae). Proceedings of the 14th International Scientific and Practical Conference “Problems of Botany of Southern Siberia and Mongolia”. Barnaul. 2015;314-­322. (in Russian)

3. Barkworth M.E. Changing perceptions of the Triticeae. In: Jacobs S.W.L., Everett J. (Eds.). Grasses: Systematics and Evolution. Melbourne: CSIRO, 2000;110-­120.

4. Barkworth M.E., Cambell J.J.N., Salomon B. Elymus L. In: Barkworth M.E., Capels K.M., Long S., Anderton L.K., Piep M.B. (Eds.). Flora of North America. New York; Oxford: Oxford University Press, 2007;24:288­-343.

5. Baum B.R., Yang J.­-L., Yen C., Agafonov A.V. A taxonomic revision of the genus CampeiostachysDrobov. J. Syst. Evol. 2011;49(2):146-­ 159.

6. Dewey D.R. Synthetic Agropyron­-Elymus hybrids. III. Elymus canadensis × Agropyron caninum, A. trachycaulumand A. striatum. Amer. J. Bot. 1968;55:1133­-1139.

7. Dewey D.R. Cytogenetics of Elymus sibiricusand its hybrids with Agropyron tauri, Elymus canadensisand Agropyron caninum.Bot. Gaz. 1974;135:80­-87.

8. Dewey D.R. Cytogenetics of Agropyron ugamicumand six of its interspecific hybrids. Bot. Gaz. 1980;141:305-­312.

9. 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. New York: Plenum Publ. Corp., 1984;209­-279.

10. Gostimsky S.A., Kokaeva Z.G., Konovalov F.A. Studying plant genome variation using molecular markers. Russ. J. Genet. 2005;41(4): 378-­388. DOI 10.1007/s11177-­005­-0101-­1.

11. Hu C.Y., Tsai Y.Z., Lin S.F. Development of STS and CAPS markers for variety identification and genetic diversity analysis of tea germplasm in Taiwan. Bot. Stud. 2014;55:12. DOI 10.1186/1999­-3110-55­-12.

12. Jensen K.B. Cytology, fertility, and origin of Elymus abolinii(Drob.) Tzvelev and its F1 hybrids with Pseudoroegneria spicata, E. lan­ ceolatus, E. dentatusssp. ugamicus, and E. drobovii(Poaceae: Triti­ ceae). Genome. 1989;32:468-­474. DOI 10.1139/g89-­470.

13. Jensen K.B. Cytology and morphology of Elymus pendulinus, E. pendulinusssp. multiculmis, and E. parviglume (Poaceae: Triticeae). Bot. Gaz. 1990;151(2):245­-251.

14. Jensen K.B., Hatch S. Genome analysis, morphology, and taxonomy of Elymus gmeliniiand E. strictus(Poaceae: Triticeae). Bot. Gaz. 1989;150(1):84-­92.

15. Jensen K.B., Wang R.R.C. Cytogenetics of Elymus caucasicusand Elymus longearistatus(Poaceae: Triticeae). Genome. 1991;34:860- 867.

16. Kobozeva E.V., Asbaganov S.V., Agafonov A.V. Genome composition and assessment of the divergence between Russian boreal species in the genus Elymus (Poaceae) detected on the basis of sequen cing of the nuclear gene GBSSI. In: Prospects of Development and Chal­lenges of Modern Botany. BIO Web Conf. 2018;11.00023. DOI 10.1051/bioconf/20181100023.

17. Kobozeva E.V., MglinetsA.V., Agafonov A.V. Identification of the genomic composition in allopolyploid species of the genus Ely­mus (Poaceae: Triticeae) with CAPS­-analysis. In: Proceedings of the 6th International Conference “Issues in the Study of the Vegetation Cover in Siberia”. Tomsk. 2017;155-­157. DOI 10.17223/9785946216371/51. (in Russian)

18. Konieczny A., Ausubel F.M. A procedure for mapping Arabidopsis mutations using co­dominant ecotype­specific PCR-­based markers. Plant J. 1993;4(2):403­-410.

19. Li X.­-M., Lee B.S., Mammadov A.C., Koo B.­C., Mott I.W., Wang R.R.C. CAPS markers specific to Eb, Ee, and R genomes in the tribe Triti­ceae. Genome. 2007;50:400­-411.

20. Liu C.W., Dewey D.R. The genome constitution of Elymus fedtschen­koi.Acta Genet. Sinica. 1983;10:20­-27.

21. Löve A. Conspectus of the Triticeae. Feddes Repert. 1984;95:425-521.

22. Lu B.­-R., Bothmer R. von. Interspecific hybridization with Elymus himalayanus and E. schrenkianus, and other Elymusspecies (Triti­ceae: Poaceae). Genome. 1992;35:230­-237.

23. Lu B.-­R., Salomon B. Differentiation of the SY genomes in Asiatic Ely­mus.Hereditas. 1992;116:121­-126.

24. Lu B.­-R., Salomon B., Bothmer R. von. Interspecific hybridization with Elymus confususand E. dolichaterus, and their genomic relation­ ships (Poaceae: Triticeae). Plant Syst. Evol. 1995;197:1­-17.

25. Mason­-Gamer R.J. Origin of North American Elymus (Poaceae: Triti­ceae) allotetraploids based on granule­bound starch synthase gene sequences. Syst. Bot. 2001;26:757­-768.

26. 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.

27. Okito P., Mott I.W., Wu Y., Wang R.R. A Y genome specific STS marker in Pseudoroegneriaand Elymusspecies (Triticeae: Gramineae). Ge­nome. 2009;52(4):391­-400.

28. Shavrukov Y.N. CAPS markers in plant biology. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2016;6(3):279-­287. DOI 10.1134/S2079059716030114.

29. Tsvelyov N.N. On the genus Elymus(Poaceae) in Russia. Botaniches­ kiy Zhurnal = Botanical Journal. 2008;93(10):1587­-1596. (in Rus­ sian)

30. Tsvelyov 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. In: V.L. Komarov Me­morial Lectures. Vladivostok: Dalnauka Publ., 2010;57:5­-102. (in Russian)

31. Zhou Y.­-H., Wu B.­-H., Fu T.-­H., Zheng Y.­L. Morphology, fertility and cytogenetics of intergeneric hybrid between Roegneria kamoji Ohwi and Dasypyrum villosum(L.) Candargy (Poaceae: Triticeae). J. Syst. Evol. 1999;37(2):125­-130.