Анализ генетических взаимосвязей генотипов рода Rosa L. из коллекции Никитского ботанического сада с использованием ISSR- и IRAP- ДНК-маркеров

В связи с развитием селекции и появлением новых сортов растений все более важным становится вопрос паспортизации и структуризации генофонда, поэтому использование молекулярно-генетических методов для выявления генетической оригинальности и оценки генетического разнообразия растений представляется актуальным. В рамках настоящей работы осуществлены поиск информативных ISSR- и IRAP- ДНК-маркеров, перспективных для изучения генетического разнообразия рода Rosa L., и анализ с их помощью генетических взаимосвязей образцов из генофондовой коллекции роз Никитского ботанического сада. Материалом для генотипирования послужили 26 образцов, 18 из которых являются культурными сортами, а 8 образцов относятся к дикорастущим видам. В выборку видов включены представители двух подродов Rosa и Platyrhodon. Подрод Platyrhodon представлен одним образцом вида R. roxburghii Tratt. Среди культурных роз присутствовали сорта садовых групп: чайно-гибридной, флорибунда и грандифлора. В исследовании было задействовано 32 ISSR- и 13 IRAP-маркеров. После апробации были отобраны как наиболее перспективные пять ISSR-маркеров (UBC 824, ASSR29, 3A21, UBC 864, UBC 843) и три IRAP-маркера (TDK 2R, Сass1, Сass2). Они использовались для генотипирования исследуемой выборки генотипов и в целом перспективны для дальнейшего изучения генетического разнообразия рода Rosa L. Количество полиморфных фрагментов варьировало в диапазоне от 12 до 31, в среднем 19.25 фрагмента на маркер. По маркерам UBC 864 и UBC 843 выявлены уникальные фингерпринты для каждого изученного образца. Оценка генетических взаимосвязей изученных видов и сортов роз c использованием методов UPGMA, PCoA и байесовского анализа, выполненная на основе данных IRAP- и ISSR-генотипирования, согласуется с таксономическим положением образцов. Генотип вида R. roxburghii подрода Platyrhodon определен как генетически наиболее отдаленный образец. Представитель вида R. bengalensis методами кластеризации не выделился из группы культурных сортов. При оценке уровня генетического сходства среди культурных сортов садовой розы наиболее генетически обособленными сортами оказались ‘Flamingo’, ‘Queen Elizabeth’, ‘Kordes Sondermeldung’, для остальных сортов были определены группы наибольшего генетического сходства. Данная оценка отражает общие тенденции в филогенетических отношениях как между изученными видами рода, так и между культурными сортами.

1. Arzate-Fernandez A.M., Miwa M., Shimada T., Yonekura T., Ogawa K. Genetic diversity of Miyamasukashi-yuri (Lilium maculatum Thunb. var. bukosanense), an endemic and endangered species at Mount Buko, Saitama, Japan. Plant Species Biol. 2005;20:57-65.

2. Atienza S.G., Torres A.M., Millan Т., Cubero J.I. Genetic diversity in Rosa as revealed by RAPDs. Agric. Conspec. Sci. 2005;70(3): 75-85.

3. Bruneau A., Starr J.R., Joly S. Phylogenetic relationships in the genus Rosa: new evidence from chloroplast DNA sequences and an appraisal of current knowledge. Syst. Bot. 2007;32(2):366-378.

4. El-Assal S.E.-D., El-Awady M.A., El-Tarras A., Shehab G. Assessing the genetic relationship of taif rose with some rose genotypes (Rosa sp.) based on random amplified polymorphic DNA, inter simple sequence repeat and simple sequence repeat markers. Am. J. Biochem. Biotechnol. 2014;10(1):88-98. DOI 10.3844/ajbbsp.2014.88.98.

5. Ena A.V. Natural Flora of the Crimean Peninsula. Simferopol’, 2012. (in Russian)

6. Fougère-Danezan M., Joly S., Bruneau A., Gao X.-F., Zhang L.-B. Phylogeny and biogeography of wild roses with specific attention to polyploids. Ann. Bot. 2015;115(2):275-291.

7. Jan C.H., Byrne D., Manhart J., Wilson H. Rose germplasm analysis with RAPD markers. HortSci. 1999;34(2):341-345.

8. Jawdat D., Al-Faoury H., Ayyoubi Z., Al-Safadi B. Molecular and ecological study of Eryngium species in Syria. Biologia. 2010;65(5): 796-804. DOI 10.2478/s11756-010-0086-7.

9. Koopman W.J.M., Wissemann V., De Cock K., Van Huylenbroeck J., De Riek J., Sabatino G.J.H., Visser D., Vosman B., Ritz C.M., Maes B., Werlemark G., Nybom H., Debener T., Linde M., Smulders M.J.M. AFLP markers as a tool to reconstruct complex relationships: a case study in Rosa (Rosaceae). Am. J. Bot. 2008;95(3): 353-366.

10. Korkmaz M., Dogan N.Y. Analysis of genetic relationships between wild roses (Rosa L. spp.) growing in Turkey. Erwerbs-Obstbau. 2018;60(4):305-310. DOI 10.1007/s10341-018-0375-9.

11. Krishna Parvathaneni R., Natesan S., Arunachalam Devaraj A., Muthuraja R., Venkatachalam R., Prathap Subramani A., Laxmanan P. Fingerprinting in cucumber and melon (Cucumis spp.) genotypes using morphological and ISSR markers. J. Crop Sci. Biotech. 2011; 1:39-43. DOI 10.1007/s12892-010-0080-1.

12. McFarland H. Modern Roses 12. Shreveport: The American Rose Society, 2007.

13. Millan T., Osuna F., Cobos S., Torres A.M., Cubero J.I. Using RAPDs to study phylogenetic relationships in Rosa. Theor. Appl. Genet. 1996;92:273-277.

14. Murray M.G., Thompson W.F. Rapid isolation of high molecular weight plant DNA. Nucleic Acids Res. 1980;10:4321-4325.

15. Plugatar S.A., Klymenko Z.K., Plugatar Yu.V., Mitrofanova I.V. Garden roses: results of introduction and selection in Nikita botanical garden. Acta Hortic. 2017;1167:177-180. DOI 10.17660/ActaHortic.2017.1167.27.

16. Plugatar’ Yu.V. Nikitsky Botanical Gardens as a scientific institution. Vestnik RAN = Herald of the Russian Academy of Sciences. 2016; 86(2):120-126. DOI 10.7868/S0869587316010096. (in Russian)

17. Shanzer I.A. The taxonomy and phylogeny of wild rose species (Rosa) in the light of molecular data. In: Modern Botany in Russia: Proceedings of the 13th Congress of the Russian Botanical Society and the Conference “Scientific Bases for Protection of the Volga Region”. Tolyatti, 2013;1:272-273. (in Russian)

18. Shanzer I.A. Reticular evolution in the genus Rosa L.: paleobotanical findings, morphological systematics, and molecular data. Paleobotanicheskiy Vremennik. Prilozhenie k Zhurnalu “Lethaea Rossica” = Paleobotanical Chronicle: Supplement to the journal “Lethaea Rossica”. 2015;2:161-164. (in Russian)

19. Schanzer I.A., Vagina A.V. ISSR (Inter Simple Sequence Repeat) markers reveal natural intersectional hybridization in wild roses [Rosa L., sect. Caninae (DC.) Ser. and sect. Cinnamomeae (DC.) Ser.]. Wulfenia. 2007;14:1-14.

20. Senkova S., Ziarovska J., Bezo M., Stefúnova V., Razna K. Utilization of IRAP technique for plums genotypes differentiation. Biosci. Res. 2013;10(1):1-7.

21. Suprun I.I., Kolomiec T.M., Malyarovskaya V.I., Sokolov R.N., Samarina L.S., Slepchenko N.A. Testing ISSR DNA markers for genotyping rare plant species of the Western Caucasus: Lilium caucasicum Miscz. ex Grossh., Galánthus woronowii Kolak., Pancratium maritimum. Nauchnyy Zhurnal KubGAU = Proceedings of the Kuban State Agrarian University. 2014;103(09). http://ej.kubagro.ru/2014/09/pdf/37.pdf (in Russian)

22. Wissemann V., Ritz C.M. The genus Rosa (Rosoideae, Rosaceae) revisited: molecular analysis of nrITS-1 and atpB-rbcL intergenic spacer (IGS) versus conventional taxonomy. Bot. J. Linn. Soc. 2005; 147(3):275-290.

23. Yuying S., Xiajun D., Fei W., Binhuaa C., Zhihonga G., Zhena Z. Analysis of genetic diversity in Japanese apricot (Prunus mume Sieb. et Zucc.) based on REMAP and IRAP molecular markers. Sci. Hortic. 2011;132:50-58. DOI 10.1016/j.scienta.2011.10.005.